深基坑樁—錨支護(hù)的分析及預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)的研究

張振慶

【摘要】樁-錨支護(hù)是近年來(lái)在基坑工程建設(shè)中興起的一種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)。本文介紹了樁-錨支護(hù)體系的特點(diǎn)和原理，用數(shù)據(jù)模擬方法進(jìn)行了分析。同時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】深基坑；樁-錨支護(hù)；預(yù)應(yīng)力錨桿

一、深基坑樁-錨支護(hù)

1. 深基坑樁-錨支護(hù)的特點(diǎn)

樁-錨支護(hù)是一種較為常見(jiàn)的護(hù)坡排樁配合單錨或多錨的基坑支護(hù)方法，它是一種超靜定結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較好，安全性能較高。樁-錨支護(hù)體系是利用錨桿錨固段與土層之間的摩擦力，以及支護(hù)樁嵌入土層所提供的支撐力來(lái)保持整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。它能夠適用于大多數(shù)深基坑及超深基坑工程，包括一些工程地質(zhì)條件較差、周邊環(huán)境控制要求嚴(yán)格的工程。

2. 樁-錨支護(hù)體系的工作原理

樁-錨支護(hù)體系中錨桿的自由端受力時(shí)，通過(guò)錨桿傳遞給錨固段，由于錨固段與土層錨固在一起，所以可以利用錨固體之間的摩擦力將所受的外力傳遞到周圍土層中，以達(dá)到應(yīng)力釋放的目的。樁錨支護(hù)體系的受力機(jī)理見(jiàn)圖1。

3. 深基坑樁-錨支護(hù)數(shù)值模擬分析

3.1工程概況

某水廠引水泵房深基坑采用樁錨支護(hù)， 基坑面積約為2500㎡， 寬度為30m ，開(kāi)挖深度14m。支護(hù)樁采用Φ1000灌注樁， 樁間距1200 mm， 樁長(zhǎng)19m， 樁頂設(shè)800×1000冠梁，兩道錨桿分別設(shè)在距地面6m和9m處， 錨桿長(zhǎng)度18m，水平傾角10°，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。本次分析過(guò)程分以下五個(gè)工況進(jìn)行：（1）基坑開(kāi)挖距地面6.5 m 處， 上部3m放坡， 坡度系數(shù)為1， 臺(tái)寬為3m；（2）在距地面6m處設(shè)錨桿并施加預(yù)應(yīng)力；（3）基坑開(kāi)挖距地面9.5m處；（4）在距地面9m處設(shè)錨桿并施加預(yù)應(yīng)力；（5）基坑開(kāi)挖距地面14 m處。

3.2模擬結(jié)果及分析

選用有限元分析方法，建立有限元模型，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

（1）不支護(hù)穩(wěn)定性分析

基坑開(kāi)挖但不采取任何支護(hù)， 通過(guò)模型計(jì)算得知基坑最危險(xiǎn)截面上的X方向變形已經(jīng)達(dá)到了13.7 5cm，基坑破壞面已經(jīng)形成。塑性區(qū)已經(jīng)從基坑底部貫通到基坑頂面， 塑性應(yīng)變值最大為0.063 ， 并且此時(shí)解并不收斂， 表明此時(shí)基坑已經(jīng)破壞了。現(xiàn)實(shí)中此種情況下的基坑已經(jīng)垮塌，不進(jìn)行支護(hù)，非常不安全的。

（2）支護(hù)樁頂水平位移分析

本基坑在施工過(guò)程中對(duì)支護(hù)樁頂水平位移進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)， 圖3給出了基坑各工況下支護(hù)樁頂水平位移的理論計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值。隨著基坑不斷的開(kāi)挖， 從各工況中可以看出兩者的變化趨勢(shì)基本一致， 但從圖中可看出理論計(jì)算值稍大于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值， 但二者存在的差距是可以滿足做為臨時(shí)結(jié)構(gòu)的基坑工程精度要求的。

圖3 支護(hù)樁頂水平位移 圖4 支護(hù)樁身水平位移分析

（3）支護(hù)樁身水平位移分析

圖4給出了基坑不同工況下支護(hù)樁樁身水平位移計(jì)算與實(shí)測(cè)曲線。工況一中樁體頂水平位移最大，類似一懸臂構(gòu)件的變形曲線且的樁體水平位移曲線變化比較平緩。 基坑開(kāi)挖過(guò)程中最大水平位移的位置有逐漸下降的趨勢(shì)， 開(kāi)挖結(jié)束時(shí)， 基坑樁身水平位移總體上呈現(xiàn)出明顯的拋物線的分布形態(tài)， 呈兩端小、中間大的變形規(guī)律。樁體在施工過(guò)程中埋設(shè)了測(cè)斜管， 通過(guò)測(cè)斜儀得出不同工況下樁身水平位移曲線， 由圖可以看出其趨勢(shì)是一致的， 也都呈現(xiàn)略小于計(jì)算值這一規(guī)律。

數(shù)值模擬方法已在基坑工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。本次模擬結(jié)果在形態(tài)和數(shù)值上與監(jiān)測(cè)的位移值吻合較好，盡管模擬出的土體位移比監(jiān)測(cè)位移稍大，但誤差在允許范圍內(nèi)。

二、預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)

1.預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹

預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)就是將錨桿錨固于潛在滑移面以外的穩(wěn)定巖土體中，通過(guò)對(duì)錨桿的自由段施加預(yù)應(yīng)力，使錨下結(jié)構(gòu)在潛在滑移面以外的穩(wěn)定巖土體中進(jìn)行錨固。由于在非穩(wěn)定巖土體內(nèi)設(shè)置了自由段，錨桿在自由段中可以自由伸縮，因此預(yù)應(yīng)力對(duì)整個(gè)非穩(wěn)定巖土體進(jìn)行了主動(dòng)的約束錨固。

2.預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)是一種新的基坑支護(hù)技術(shù)，由于其在支護(hù)技術(shù)中實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠的特點(diǎn)，因此在基坑支護(hù)中得到廣泛的應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)綜合了拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)和土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：①基坑變形??；②支護(hù)基坑的深度大；③施工方便，施工速度快；④施工設(shè)備簡(jiǎn)單，不需大型設(shè)備和復(fù)雜技術(shù)；⑤造價(jià)低廉；⑥相對(duì)于樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)而言，占用地下空間小。

3.預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)的適用范圍

一般來(lái)說(shuō)，從經(jīng)濟(jì)效益看來(lái)，預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的使用要求是土層在垂直開(kāi)挖2m左右高度時(shí)，在不加任何支護(hù)條件下基坑能自穩(wěn)兩天左右。預(yù)應(yīng)力錨桿襯砌支護(hù)可適用的條件：（1）適用于小于15m開(kāi)挖深度的基坑支護(hù)；（2）土層方面的條件，適用的土層有粉質(zhì)粘土、容易產(chǎn)生蠕變的低塑性粘土、具有一定粘結(jié)力的礫石、天然膠結(jié)砂和天然含水量較少的均勻中、細(xì)砂，不適用于低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的殘積土和風(fēng)化巖和淤泥質(zhì)土。

4.錨桿參數(shù)對(duì)基坑支護(hù)的影響

（1）錨桿所施加的預(yù)應(yīng)力大小對(duì)基坑的水平位移有一定的影響。

（2）錨桿的傾角對(duì)基坑的水平位移也有一定的影響。

（3）錨桿錨固段的長(zhǎng)度對(duì)基坑的水平位移也有一定的影響。

三、結(jié)束語(yǔ)

樁-錨支護(hù)充分利用了預(yù)應(yīng)力錨桿與支護(hù)樁的特點(diǎn)，使基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力更加合理，從而保證了基坑施工的安全性，在深基坑工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)是一種安全可靠、快速簡(jiǎn)便的支護(hù)方式，實(shí)踐中要注意其適用范圍。

參考文獻(xiàn)

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