深基坑樁錨支護三種計算方法的對比分析

李曉樂++杜佳芮++袁曉娜++余施軼++程學銘

摘 要：本文以杭州某中心基坑工程為例，通過對3種不同計算方法的計算結果進行分析對比，確定適合本基坑的最優計算方法。

關鍵詞：深基坑；等值梁法；逐層開挖支撐力不變法；二分之一分擔法

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A

0.引言

當基坑進行施工時，如果基坑需要開挖的深度很深，基坑周邊的土在主動土壓力的影響下，土體會向坑內進行滑移或坍塌。為了保證基坑的穩定性和施工人員的安全性，就必須對基坑進行支護。現如今，基坑支護形式主要采用土釘墻（適用于基坑側壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地）、排樁（適用于基坑側壁安全等級一、二、三級）、地下連續墻（適用于基坑側壁安全等級一、二、三級）、放坡（基坑側壁安全等級宜為三級）、雙排樁、smw工法等。對深基坑影響因素較多，與場地條件、地層情況、水文地質條件、施工管理、現場檢測及相鄰建筑的相互影響相關，在進行深基坑支護工程時會出現較多問題，不但要研究土的強度、變形、穩定性問題，還要研究土與結構的相互作用，變形反饋對結構設計的控制等重要問題。基坑支護設計的結果也同樣受到很多因素的影響，例如場地條件、地層情況、水文地質條件、計算方法等。本文主要分析研究不同計算方法對樁錨支護設計中樁錨桿的長度的影響，選擇最佳計算方法。

1.工程概況

該工程用地面積17522m2，總建筑面積為142929.5m2，其中地上總建筑面積為94618.8m2，地下總建筑面積為48308.7m2。擬建建筑物主要5幢14～24層建筑物，內設一個整體地下車庫，為3層，該地下基坑等級為一級，場地擬建建筑物為框架核心筒結構。基坑開挖深度13.5m，采用樁錨支護形式，錨桿設在地面下4.6m處，間距1.5m，地面均布荷載為q=11kN/m3，土的內摩擦角φ=40°，錨桿孔直徑為140mm，傾角13°。為了判斷不同的計算方法對深基坑工程的影響與不同的計算方法對工程的經濟效益，我們對此工程實例用了3種不同的計算方法，分別為等值梁法、逐層開挖支撐力不變法與二分之一分擔法。

2.樁錨支護

樁錨支護體系主要采用錨桿取代基坑支護內支撐，給支護排樁提供錨拉力，以減小支護排樁的位移與內力，并將基坑的變形控制在允許的范圍內。樁錨支護體系主要由護坡樁，土層錨桿，圍檁和鎖口梁4部分組成，在基坑地下水位較高的地方，支護樁后還有防滲堵漏的水泥土墻等，他們彼此之間相互影響、相互聯系、相互作用，形成一個有機整體。

3. 3種計算方法原理

等值梁法又稱假想絞法，可以求解多支撐的擋土結構內力，首先假定擋土結構彈性曲線反彎點即假象絞的位置。假象絞的彎矩為零，于是可把擋土結構分為上下兩端。上部為簡支梁，下部為一次超靜定結構，求得擋土墻內力。當基坑比較深，土質較差時，單支點支護結構不能滿足基坑支擋的強度和穩定性要求時，可采用多層支撐的多支點支護結構，支撐層數及位置應根據土質、基坑深度、支護結構、支撐結構、施工要求等因素確定。逐層開挖支撐力不變法是等值梁法的一種簡化計算方法，其計算方法是根據實際施工情況，先開挖第一層土，挖到第一層支撐或錨桿點以下若干距離，進行第一次支撐或錨桿施工。然后再挖第二層土，挖到第二層支撐支點下若干距離，進行第二層支撐或錨桿施工。如此循環作業，直至挖到坑底為止。該計算方法假設每層支撐或錨桿安裝后，其受力和變形均不因下階段開挖及支撐設置而改變。1/2分擔法是多支撐支護結構的一種簡化計算方法，計算較為簡便。Terzaghi和Peck根據柏林等地鐵工程基坑擋土結構支撐受力測定，以包絡圖為基礎，以1/2分擔法將支撐軸力轉化為土壓力，提出土壓力分布圖。當土壓力強度為q，對于連續梁，最大支座彎矩為M=ql2/10，最大跨中支座彎矩為M=ql2/20。且采用三角形土壓力分布和采用梯形土壓力分布計算的支撐反力會有很大差別。

4.計算結果分析

計算3點支反力時必須嚴格按照工況順序進行，不考慮地下水對施工情況的影響，且在計算過程中嚴格要求默認3種計算方法所對應的土層情況、支反力的位置相同。在支反力計算中，等值梁法Ra相對于逐層開挖支撐力不變法較小，而同一情況下等值梁法中的Rb相較于逐層開挖支撐力不變法大9.6%，等值梁法Rc與逐層開挖支撐力不變法比較大15.8%，等值梁法樁長為16m，逐層開挖支撐力不變法樁長17m，所以可以發現，等值梁法在實際工程中的經濟效益更高，安全性更好，支護因此，在深基坑工程中，等值梁法更為合適。

結論

通過結果的對比，二分之一分擔法的誤差較大，在工程中只適合做初略的計算。在逐層開挖支撐不變法和等值梁法對比中，等值梁法的支撐力較大。在此深基坑工程中，無論從經濟性和安全性考慮，等值梁法的計算結果更為合適。

參考文獻

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