針對深基坑樁錨支護結構的研究

王園園

摘 要：深基坑工程是由土方開挖和基坑支護組成的綜合性很強的系統工程。土方開挖是在紅線內地表以下挖出的地下空間，深基坑支護則是為確保土方開挖作業順利施工的臨時性防護工程，所以深基坑支護一方面確保基坑的安全穩定，另一方面還要防護基坑周邊的土地沉降及減少對周圍環境的破壞。樁錨支護結構是上世紀八十年代發展起的一種新型抗滑結構，在深基坑整治中得到了廣泛的應用，本文參考了相關的資料，在前人的研究基礎上對深基坑樁錨支護的效應、樁錨支護結構及穩定性進行了相關的研究，為其應用和工程實踐提供一些可供參考的理論基礎。

關鍵詞：深基坑 樁錨支護 穩定性

引言

近年來隨著城市的快速發展，高層建筑、地鐵、市政工程以及地下空間的開發規模也隨著擴增，深基坑工程也因此急劇增加。深基坑的開挖和支護結構的設計受諸多因素影響，難度甚大，而由此引起的環境問題、工程事故不僅對安全施工造成威脅，造成人員傷亡和經濟損失，還影響道路交通、通訊、電氣供應等城市的基礎設施，引起社會混亂，因此，如何保證深基坑支護的先進、安全、合理就顯得尤為重要。樁錨支護結構是一種復合型支護結構，可用于較深的基坑，整體性能良好，且占地少，施工方便，造價低，已經成為目前基坑支護的常用方法。

1深基坑樁錨支護結構的特點

樁錨支護是由樁和錨共同組成的基坑支護體系，錨桿的一邊與擋土樁結合，另一邊則固定在土層中，利用了土層的錨固力來維持樁的牢固性。這種支護方法特點如下：

1）樁錨支護釆用排樁作為擋土結構。將鋼筋混凝土倒入排樁的頂部制成冠梁，中間可用圈梁連接。這樣可以有效防止樁頂變形，也可以將樁聯結成一個整體。當排樁插入基坑坑底適宜深度時，其所受的被動土體壓力可以抵消一部分主動土壓力和地面荷載等側向壓力；由于樁體混凝土強度較高，且又配置了一定數量的鋼筋，這都使排柱結構得抗壓能力較強，可用于較大程度的深基坑開挖作業。

2）樁體根據水平和垂直方向上的間距，提前在錨桿或錨索上施加壓應力，并和橫梁一起拖住樁體，共同作用以減緩基坑邊坡的變形，保證邊坡的整體穩定性，在支護結構中發揮主動作用。

3）土層錨桿的施工是在地面或者較深的土層，用機械鉆孔工具打孔，并在孔內放入鋼筋、鋼管或鋼絲束、鋼絞線或其他抗拉材料，最后灌入水泥漿或化學漿液，以此來增加材料的牢固度，主要利用錨固體和土體、拉桿與錨固體彼此之間的摩擦力，以及拉桿強度的共同作用，將構筑物受到的外力借助鋼拉桿傳給穩定的土層，以保障深基坑的穩定性。

4）為了在錨桿周圍的巖石或土體中形成壓應力區，增大滑動面上的抗剪阻力及正應力，使非穩定性土體的下滑力變小，要對錨桿（索）施加一定的預應力。由于錨桿可以通過在錨固端施加預應力減少樁身位移及最大彎矩，從而減少樁的入土深度和樁身的配筋。同樣由于錨筋施加了預應力，減少了土體剪切變形，同時錨固段內錨固體與巖土間也發生了剪切變形，因此，基坑變形相應減小。

5）錨桿要有一定的覆蓋深度和抗拔力。有機質土，以及含水量高、抗剪強度低的軟弱土層，因抗拔力太低，不適合采用永久性錨桿。釆用臨時性支護時，應對其進行相應處理后才行，不然則不宜采用。

6）設計基坑土層錨桿時，首先要確定錨桿的位置布置，即錨桿的層數、錨桿的水平間距和錨桿的傾角等。錨桿預應力大小和作用位置可根據工程實際情況進行調節，方便施工。

7）基坑采用樁錨支護時，主要優點是開挖效率高。施工方便，可用于較深的基坑。但對水泥和銅的材料消耗量較大，應根據施工現場具體情況具體分析，在施工成本和安全條件允許的前提下確定其可行度。

2 樁錨支護結構的作用機理

排樁支護結構對開挖的深度的要求較高，當進行較深度的開挖作業時，若埋入基底過深則引起造價太高，埋入過淺則又容易造成基坑穩定性失衡。如若支護結構本身易產生較大的變形，會對相鄰建筑物產生不良影響。因此，只有在基坑的土層質量較好且開挖深度不太大的基坑工程中才會考慮單獨采用排樁支護結構。對深基坑支護體系常釆用樁錨支護結構。

在基坑土層的開挖作業中，土層狀態會發生變化，同時也會引起土體的側向位移。為應對樁體收到的這種側向壓力，需選用強度較好的錨桿，使其在水平分量上的受力與側壓力平衡。當加大基坑的開挖深度時，土體中的剪應力也相應增加，因而土體以及基坑樁錨支護結構是以一種復雜的形式產生變形。與變形有關的因素主要有錨桿、樁體和土體的剛度以及屈服性能等。

隨后安裝第二層錨桿，并在錨筋上施加一定的預應力，以有效的控制土體的變形。然后再往下開挖基坑時，上部已施工的各層錨桿都發揮作用，基坑保持穩定狀態。最后當基坑挖至預定深度時，就會形成一個能保證基坑安全穩定的支護體系。從上述分析可知，錨桿和被動土壓力一起抵抗樁體所受的主動土壓力。當后者小于或等于前者時，樁體及土體不會發生側向位移，基坑處于穩定安全狀態；反之支護體系失效從而引起基坑失穩。樁錨支護結構要確保支護效果的正常發揮，另外還需樁體本身強度達標，否則會在使樁體撓度過大，或出現剪切破壞。

3被鏈桿支護結構的破壞形式

樁錨支護結構的破壞形式主要有穩定性破壞和強度破壞兩種。

3.1穩定性破壞

1）在基坑開挖較深時，基坑底部受到來自坑外的土壓力較大，如果基坑自身頂部有較大的承載力，或者在基底有較弱地層、錨桿提供的拉力不足等情形下，都可能引起基坑側面的土體整體出現滑動失穩的現象，此時土體推動樁腳外移，整個支護體系沿最易破裂的縫往下往外移動。出現前兩種情況時，可能會導致基坑出現底部往上凸起的情況。

2）在地下水位較高時，由基坑開挖造成坑內外的水壓力差，使地下水經墻體底部從基坑底面涌出，出現管涌或流砂的現象。

3.2強度破壞

1）由于地面荷載或土壓力使拉桿斷裂或腰梁破壞，樁墻外土體向基坑內側傾倒。

2）如果樁體入土深度太淺，而開挖深度太大，樁體底部承受土壓力過大，使樁的底部朝外移動。

3）由于樁體配筋不夠或是因不當，在土體水平壓力作用下，容易出現披體受彎破壞。

4 被描桿支護結構的影響因素

4.1土體的物理參數及地下水位

深基坑的土層物理力學參數包括土體的內摩擦角、凝聚力及土體的重度等等，這些因素決定著土體主動壓力和被動壓力的值，土體中地下水位的高低直接影響土體主、被動壓力的實際大小，它們都是樁錨支護的關鍵因素。

4.2基坑深度和形狀

深基坑開挖深度和形狀，對基坑土壓力的大小和分布形式有直接的關系，影響樁錨支護結構的受力和位移。因而要求在進行樁體和錨桿設計時要根據基坑的深度和形狀來綜合考慮。

4.3排樁旳設計

支護樁的截面形式有方形、圓形等，根據排樁間距和受力大小，確定支護樁的半徑及配筋的大小、根數和間距，樁體混凝土的強度等。樁體的設計方案關系到支護樁體本身的強度、剛度、樁體極限抗彎承載力的大小。樁間距的大小則跟每個樁體所需要承受土側壓力的大小密切相關。

5 結束語

本文對深基坑樁錨支護的特點、作用機理、穩定性及影響因素做了簡單的理論分析，但理論是抽象的，深基坑樁錨支護工程的理論只有和實踐結合才能體現其價值，才能全面反應實際工程中的各種變化狀況，也只有經過實踐才能制定出規范的章程，保證深基坑樁錨支護設計的準確性和安全性，為理論應用和工程實踐提供合理、科學的指導。

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