樁錨支護結構錨索對基坑變形的影響

劉騰飛

（河北工程大學 土木工程學院，河北 邯鄲 056000）

1 引言

高層建筑的日益發展，提高了對深基坑工程的穩定性和變形要求，樁錨支護由于其本身占地小、穩定性高、控制變形良好等優點，被廣泛應用于高層基礎建設深基坑工程施工中。

目前，樁錨支護已成為大量專家學者研究的方向,取得了較大成果。（1）龔曉楠等基于現有的巖土工程變形控制設計理論和實踐工程，詳細介紹了不同專業巖土工程設計施工理念。（2）李華偉等結合大型深基坑工程的監測數據和現場測試資料，對基坑開挖過程中支護結構、土體位移和內力進行研究，分析根據時空效應下基坑支護結構受力與變形之間的關系，并基于此，提出了動態土壓力的概念，在基坑開挖的動態過程下，分析基坑土體和支護結構的受力及位移演化過程，為現有基坑安全施工提供了指導。（3）楊小平等假設基坑開挖平面為Mindlin的彈性半空間表面，建立計算模型，再利用有限元差法求解結構受力和位移。（4）徐中華等收集了上海地區地下連續墻的監測數據，通過統計分析軟土層厚度、插入比、支撐系統剛度、坑底抗隆起穩定系數和首道支撐的位置等因素對地下連續墻變形的影響，得出地下連續墻的位移值在0.42%H左右，提出了圍護結構最大水平位移和地表沉降量的相關特性。（5）韓健勇等通過對桿系有限元方法對樁錨支護結構的內力進行計算，得到了支護結構的受力變形規律，并通過實測數據分析，總結了樁錨支護結構的支護特性與施工要點，研究了樁錨支護結構內力計算與穩定性驗算方法，分析了基坑支護結構受力變形規律。

從現有的理論研究看,對控制基坑變形提供了豐富的理論基礎?；幼冃斡绊懸蛩剡^多，受地區限制過大，相關的研究還不夠完善。由于研究理論的地區差異性過大，并不能準確應用于所有工程，經常出現一些基坑變形過大的問題，因此，本文根據實際工程，在保證工程穩定的同時，研究預應力錨索對深基坑變形的影響，通過觀察基坑和支護結構的位移變形情況，探討預應力錨索的作用，為后來工程提供借鑒。

2 工程實例

2.1 工程概況

新建項目為邯鄲市某工程，擬建地上14層、地下3層，商業部分地下車庫為地下2層，采用筏板基礎，主樓擬采用樁基。該工程地形平坦，土體多為粘性土，夾雜有少量的粉土、沙土層。該工程地質分層大約分為4層，分別是素填土、粉土、粘性土、粉質粘土。根據土層勘察報告中土層情況和綜合成果表提供土層的基本參數（重度為平均值，粘聚力和內摩擦角為標準值）如表1所示。

表1 土層的基本參數匯總表

2.2 基坑支護方案

基坑擬采用樁錨支護形式，基坑深度為14.3m，排樁直徑為0.8m，樁基間距為1.5m，嵌入深度為15.9m，錨索入射角為15°。坑頂設計荷載為20kPa。豎向布置4排錨索，豎向間距均為2.7m。施加預應力分別為540kN，400kN，380kN，300kN。滿足基坑穩定性要求。

3 樁身內力與錨索關系

根據上述條件，在保證基坑其他條件不改變的情況下，通過控制有限元軟件計算支護樁的位移，如圖1所示。

圖1 支護樁位移與錨索布置的關系

由圖1可見，當支護結構不發生改變，僅增加減少錨索的道數時，支護樁的最大位移會隨著錨索倒數的增加而減小。在無錨索支護體系中支護樁的最大位移為109.5mm；有四道錨索支護時，支護樁的最大位移為38mm；取消第一道錨索后，支護樁最大位移為52mm；取消第二道錨索后，支護樁最大位移為45.4mm；取消第三道錨索后，支護樁的最大位移為41.8mm；取消第四道錨索后，支護樁最大位移為39.5mm。說明在樁錨支護中支護樁的位移與錨索的位置有關，在樁錨支護中第一道錨索能夠明顯減小支護樁的水平位移，錨索越靠近基坑開挖面，錨索控制樁體位移的作用越小。當僅有一排錨索時，在四道錨索作用下，支護樁的最大位移分別為55.4mm、63.7mm、75.5mm和92mm，說明在保證基坑穩定的前提下，錨索越遠離基坑開挖底面，錨索控制支護樁變形的作用越大，第一排錨索的支護樁最大位移大約是無錨索支護樁的二分之一。通過改變支護錨索的預應力和位置可以減小支護樁最大位移，布置多道錨索可以減小支護樁的水平位移，減少支護樁反彎點的出現。

4 基坑地表沉降與錨索關系

地表沉降是判斷基坑穩定的重要參數，通過計算得出地表沉降與錨索之間的關系，如圖2所示。

由圖2可知，無錨索布置時，基坑地表沉降最大為75mm，有錨索布置時，地表沉降減小到15mm，錨索布置能有效減小地表沉降，當錨索距離支護樁頂的距離越近時，地表沉降越小。在分別缺少第一、二、三、四道錨索時，地表沉降也不相同，地表最大沉降分別為24.6mm、21.9mm、19.8mm和17.9mm。基坑地表沉降隨錨索間距的增大而增大，且其增量值可忽略不計。因此，可通過改變第一排錨索的位置和預應力控制基坑地表沉降。

圖2 基坑地表沉降與錨索位置關系

5 結語

本文以實際工程為依托，通過觀察基坑地表沉降與支護樁最大位移之間的關系，分析樁錨支護結構中錨索對基坑變形的影響，得出：（1）第一排錨索對基坑變形的影響較大，第一排錨索能有效控制基坑地表沉降和支護樁的水平位移。（2）第一排錨索位置和預應力確定時，錨索越遠離基坑開挖底面，樁身位移越小，對基坑地表沉降影響越小。（3）工程中可以調節第一排錨索的位置和預應力，控制基坑變形，通過布置多排錨索，加大錨索間距，減小樁身內力。