我們知道,在變形控制較嚴(yán)格的部位使用預(yù)應(yīng)力錨桿(索)時,一般要設(shè)置自由段,具體構(gòu)造如下:
但也經(jīng)常碰到施工單位在施工時將自由段取消,進行全長錨固,以為這樣對錨桿受力更有利。其實這樣做改變了原設(shè)計的受力,不一定是安全的做法。那錨桿的自由段有啥作用呢?我們先看看規(guī)范是怎么說的:
《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》
gb50086-2015 第 11.2.3 條:
“抗浮錨桿長度應(yīng)滿足錨桿設(shè)計拉力及整體抗浮穩(wěn)定要求,預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿自由桿體長度不宜小于 5m,錨桿間距不宜小于 1.5m。”其條文說明解釋為:“錨桿自由段長度的要求,一方面是為了保證整體穩(wěn)定要求,另一方面是防止錨頭的微小位移引起的預(yù)應(yīng)力的急劇變化。”
《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》gb 50330-2013
第 8.4.1條:
“錨桿總長度應(yīng)為錨固段、自由段和外錨頭的長度之和,并應(yīng)符合下列規(guī)定:錨桿自由段長度應(yīng)為外錨頭到潛在滑裂面的長度;預(yù)應(yīng)力錨桿自由段長度應(yīng)不小于 5.0m,且應(yīng)超過潛在滑裂面 1.5m;”
《巖土錨桿 索 技術(shù)規(guī)程》cecs 22:2005
第 7.6.2 條條文說明:
“若錨桿自由段長度過短,則對錨桿施加初始預(yù)應(yīng)力后,錨桿的彈性位移較小,一旦錨頭出現(xiàn)松動等情況,可能會造成較大的預(yù)應(yīng)力損失。”
《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（jgj120-2012）
4.7.5條條文說明：
錨桿自由段長度是錨桿桿體不受注漿固結(jié)體約東可自由伸長的部分，也就是桿體用套管與注漿固結(jié)體隔離的部分。鋪桿的非錨桿段是理論滑動面以內(nèi)的部分，與鋪桿自由段有所區(qū)別。鋪桿自由段應(yīng)超過理論滑動面（大于非錨固段長度）。錨桿總長度為非錨固段長度加上錨固段長度。錨桿的自由段長度越長，預(yù)應(yīng)力損失越小，錨桿拉力越穩(wěn)定。自由段長度過小，錨桿張拉鎖定后的彈性伸長較小，鋪具變形、預(yù)應(yīng)力筋回縮等因素引起的預(yù)應(yīng)力損失較大，同時，受支護結(jié)構(gòu)位移的影響也越敏感，錨桿拉力會隨支護結(jié)構(gòu)位移有較大幅度增加，嚴(yán)重時錨桿會因桿體應(yīng)力超過其強度發(fā)生脆性破壞。因此，錨桿的自由段長度除了滿足本條規(guī)定外，尚需滿足不小于5m的規(guī)定。自由段越長，鋪桿拉力對備頭位移越不敏感。在實際基坑工程設(shè)計時，如計算的自由段較短，宜適當(dāng)增加自由段長度。
從上面規(guī)范中的規(guī)定可以看出,設(shè)置自由段的原因有三個:
1、為了減少預(yù)應(yīng)力損失。
錨桿張拉時是自由段的鋼筋或鋼絞線產(chǎn)生彈性變形,錨桿自由段長度越長,預(yù)應(yīng)力損失越小,錨桿拉力越穩(wěn)定。自由段長度過小或沒有自由段,錨桿張拉鎖定后的彈性伸長較小,錨具變形、預(yù)應(yīng)力筋回縮等因素引起的預(yù)應(yīng)力損失較大。足夠長的桿體自由段也可防止由于地層位移增大而引起傳遞荷載的顯著增大。
2、為了將拉力傳遞到錨固體內(nèi)。
如果自由段長度過小或沒有自由段,使得一部分錨固段處于滑裂面內(nèi)主動區(qū),在基坑開挖過程中,當(dāng)坑壁在主動土壓力作用下出現(xiàn)變形時,主動區(qū)內(nèi)的錨固段將產(chǎn)生向基坑內(nèi)方向的摩阻力,削弱了錨固效果,所以破壞面處的抗力是很小的或有限的。只有當(dāng)錨桿錨固段離潛在破壞面足夠的遠,才能有效發(fā)揮錨桿的抗力作用和保證地層開挖面與滑裂面間有足夠的壓應(yīng)力區(qū)。
3、為了抗浮穩(wěn)定。
當(dāng)錨桿用于抗浮時,如果不將浮力傳遞到更深的土體內(nèi),有可能出現(xiàn)土體自重不足,而整體失穩(wěn)的情況。