深基坑土釘墻與樁錨聯合支護結構數值模擬與優化

王振峰

（中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊）

土釘墻支護是一種以土釘作為主要受力構件的支護體系。土釘是指通過一定加工和布置，插入土體中的一種桿件。在土體中設置一定密度的土釘，利用土釘與土體之間的摩擦力和粘聚力，形成一種較為穩定的墻體，從而起到支護作用。土釘墻支護結構的組成主要包括土釘、鋼筋網、噴射混凝土等[1]。其中，土釘是主要受力構件，通過與土體形成摩擦力和粘聚力來維持墻體穩定；鋼筋網的作用是增加墻體的整體性和抗拉強度；噴射混凝土則是起到保護土釘和鋼筋網的作用，同時增強墻體的整體性能。

樁錨支護結構是一種利用樁身和錨桿共同作用來維護基坑穩定的支護結構，主要由樁身、錨桿、腰梁等組成[2]。腰梁是連接樁身和錨桿的重要構件，能夠將樁身承受的荷載傳遞到錨桿上，從而增強整個支護結構穩定性[3]。為深化該聯合支護結構的應用，下文展開研究。

1 深基坑土釘墻與樁錨聯合支護結構數值模擬

本文擬建的工程項目的規范化施工，對該項目的基本情況進行分析，如表1所示。

在此基礎上，對基坑工程的基本情況進行分析，如表2。掌握基坑工程基本情況后，參照彈性模型，進行巖體本構應力-應變關系的分析，如圖1 所示。在此基礎上，設計支護結構參數，將其作為模型設計材料參數，如表3。

圖1 巖體本構應力-應變關系

表2 基坑基本情況

表3 支護結構參數

在此基礎上，將上部結構中的土釘墻進行等效荷載處理，進行項目施工的開挖，對等效超載模型開挖前、后示意圖進行分析，如圖2。在此基礎上，進行模擬開挖支護施工工序的設計，如表4所示。

圖2 等效超載模型開挖前、后示意圖

表4 模擬開挖支護施工工序

根據施工現場的特點與工程項目施工的具體規范、要求，在保證構筑物基礎結構安全的前提下，在基坑周圍布置測點，各邊位置每間隔10m～15m 設置一個監測點，每邊必須保證有一個監測點，同時，在基坑的拐角位置、四周分別設置一組監測點，以此種方式，監測在施工過程中基坑周邊的沉降、位移[4]。為確保施工中結構的穩定性，參照表5設計基坑周邊環境在監測中的預警值。

表5 基坑周邊環境在監測中的預警值

通過實時記錄各個施工工序下測點的位移、變形、沉降，繪制不同監測點位連續變形情況，以該方式，掌握聯合支護結構是否能在工程項目實際應用中發揮預期作用，從而實現對聯合支護結構在施工中的數值模擬。

為實現在工程領域對此種聯合支護結構進行推薦與應用，在后續的工作中，可從規范深基坑支護結構施工入手，發揮聯合支護結構的更高效能與價值[5]。需要注意以下幾點：①安全：施工前應充分考慮地質條件、地下水狀況、周邊環境等因素，選擇合適的支護方式，確保施工安全；②質量：嚴格控制原材料質量，確保制作、運輸、安裝等環節符合規范和設計要求，以提高支護結構的質量和穩定性；③施工順序：按照設計要求的施工順序進行施工，確保各工序的銜接順暢，避免因施工順序不當導致的事故。

2 深基坑土釘墻與樁錨聯合支護結構優化

2.1 支護樁間隔距離優化

對于深基坑施工而言，支護樁之間的距離設置合理性起到較大的決定性作用。在正常基坑開挖施工模型中，原有的支護樁結構間隔距離為1.5m[6]。在此基礎上，間隔距離分別為1.2m、1.5m 和1.8m，三種條件下的基坑施工周圍環境變形情況進行對比分析，以此確定最佳的支護樁間隔距離。在深基坑開挖區域范圍內，從地表提取多個點對其沉降情況進行測定，并以此得到不同支護樁間隔距離基坑地表沉降變化曲線圖，如圖3。

圖3 不同支護樁間隔距離基坑地表沉降變化曲線圖

結合圖3 中三條曲線可以看出，與深基坑開挖位置相距越遠，地表沉降越明顯。在距離基坑邊緣26m 的位置上，基坑地表沉降量最大，沉降絕對值按照間隔距離為1.2m、1.5m 和1.8m 排 序，分 別 為1.86m、2.46m、3.34m。隨著距離的進一步增加，沉降絕對值呈現出逐漸減小的趨勢，在距離基坑邊緣90m 的位置上，沉降絕對值最小。同時，三種不同的支護樁間隔距離條件下，地表沉降的總體變化趨勢一致，均為先增加后減小的趨勢。由以上比較可知，采用不同的樁距，其變形趨勢大致相同，但其幅度隨樁間距的增加而有所改變，一般呈現出隨距離增加而增加的趨勢[7]。在1.2m 的支護樁間隔距離情況下，產生的沉降均小于15m和1.8m條件下的地表沉降，其中1.8m 支護樁間隔距離條件下，地表沉降量最大。因此，綜合上述分析可以得出，支護樁間隔距離取1.2m 時，此時可以更好地實現對基坑施工周圍地表沉降的控制[8]。但在這一過程中考慮沉降范圍誤差較小，同時為了節省工程造價，對支護樁間隔距離的設置選取1.8m。

2.2 支護樁嵌固深度優化

項目擬選取12m、9m、6m，三種支護樁作為研究對象，研究不同嵌入深度對地面與支護結構變形與應力的影響。圖4表示了基坑支護樁嵌固深度的示意圖。

圖4 三種不同基坑支護樁嵌固深度方案示意圖

結合圖4 的三種不同基坑支護樁嵌固深度方案，分別記錄不同支護樁嵌固深度下基坑形變量，如表6。

表6 不同支護樁嵌固深度下基坑形變量

結合表6 的數據對不同支護樁嵌固深度條件下的基坑變形情況進行分析。支護樁嵌入深度越大，地面最大沉降越小，樁頂的豎向位移越小，樁頂的水平位移和彎矩越小。研究表明，適當的加固深度可以提高基坑的穩定性，但當加固深度超出一定的程度時，其對基坑的穩定作用就會降低，如果再加大的話，不僅造價會更高，而且效率也會降低。總之，在確定支護樁嵌固深度時，以9m的嵌固深度最佳，實現對支護樁嵌固深度的優化。

3 結束語

在深基坑工程施工中，支護結構的選擇和使用對于保障施工安全和穩定性有重要意義。深基坑土釘墻與樁錨聯合支護結構是一種常用的支護方式，此種支護方式結合了土釘墻和樁錨的優點，具有較好的支護效果。

在未來的發展中，隨著工程技術不斷創新和完善，深基坑土釘墻與樁錨聯合支護結構將會得到進一步優化和改進，以適應更高的安全性和穩定性要求。同時，隨著對地下空間利用的日益重視，深基坑工程將不斷增多，這種聯合支護結構的應用將具有更為廣闊的前景。