某樁錨支護(hù)基坑現(xiàn)場監(jiān)測與分析

摘要：對某樁錨支護(hù)大型基坑不同部位錨索內(nèi)力、樁身水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力等進(jìn)行了監(jiān)測。通過實(shí)測資料的整理與分析，結(jié)果表明：錨索內(nèi)力的變化可分為內(nèi)力損失、增長和穩(wěn)定三個(gè)階段，張拉錨定之初往往應(yīng)力損失較大，基坑空間效應(yīng)對不同部位錨索內(nèi)力影響顯著，穩(wěn)定后的錨索拉力在正常固結(jié)砂土、圓礫層中不再隨時(shí)間而變化。基坑開挖結(jié)束之初支護(hù)樁后土壓力增加顯著，而后漸趨穩(wěn)定，實(shí)測總主動土壓力只占朗肯理論計(jì)算值的75%左右，錨索的設(shè)置對減小支護(hù)樁側(cè)向位移起到了積極作用，平面異形基坑的陽角效應(yīng)明顯。本文的測試結(jié)果及其所揭示出的規(guī)律，對樁錨支護(hù)基坑設(shè)計(jì)理論的進(jìn)一步完善以及類似工程的設(shè)計(jì)與施工具有重要參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：樁錨；基坑；監(jiān)測；空間效應(yīng)

1工程概況

1.1地質(zhì)條件

某大酒店地上15層，下設(shè)整體地下室3層，基坑開挖深度在7.2～12.9m之間。地下室南側(cè)外邊緣距市區(qū)道路約19.5m，其余三側(cè)距離規(guī)劃紅線8.5～11.5m，均緊鄰既有建筑物。場地原始地貌單元屬濱海一級階地，建筑場地呈北高南低之勢，高差在4m左右。實(shí)測地下水位在勘察期間其埋深約2.30～7.60m。經(jīng)勘察揭露，場地自上而下第1～6層分別為：細(xì)砂、圓礫、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、中砂和粉質(zhì)黏土，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后的各土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值見下表。

1.2支護(hù)方案

對基坑不同部位采取分段設(shè)計(jì)的總體方案：基坑上部采用放坡挖土法，其下設(shè)置樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑平面布置如圖1所示。

支護(hù)樁采用直徑1.0m的鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁長、樁間距分別為23.1m和1.4m，以第5層的中砂層為樁端持力層。在支護(hù)樁頂部設(shè)置截面尺寸為1.2m×0.8m的鋼筋混凝土冠梁，支護(hù)樁間設(shè)置單排水泥土攪拌樁止水帷幕，采用一樁一錨，設(shè)置3道預(yù)應(yīng)力錨索，其橫向間距與豎向排距分別為1.4m和4.0m。

2監(jiān)測結(jié)果與分析

圖2給出了部分剖面及各類監(jiān)測點(diǎn)的平面布置示意。

自基坑土方開挖開始，分別對不同部位錨索所受拉力、樁頂和樁身水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動土壓力強(qiáng)度值等進(jìn)行了全程監(jiān)測。

2.1錨索拉力分析

圖3分別為首道ZL02、ZL07、ZL08、ZL13等4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的錨索內(nèi)力隨時(shí)間的變化過程，各道錨索預(yù)加的最大拉力值分別為310kN、295kN、285kN和380kN，在預(yù)加張拉力作用下，錨桿位移和測力計(jì)讀數(shù)均能維持穩(wěn)定。各錨索張拉完成后2周左右的時(shí)間，對錨索應(yīng)力進(jìn)行首次監(jiān)測，之后，每隔1～2天監(jiān)測1次。

由圖3的錨索拉力變化情況看，其內(nèi)力的變化將經(jīng)歷內(nèi)力損失→增長→趨于穩(wěn)定三個(gè)階段。錨索預(yù)加力施加后的初始階段，應(yīng)力損失較大，由首次監(jiān)測結(jié)果可知，4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的錨索拉應(yīng)力損失分別達(dá)到了8.2%、16.7%、12.3%和14.6%。隨著基坑開挖，基坑坑壁土中應(yīng)力得以釋放，土體側(cè)向變形隨之增大，錨索受力由主動受力逐漸向被動受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，錨索拉力明顯增大，基坑開挖支護(hù)完成一段時(shí)間后，支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體間的相互作用逐漸趨于穩(wěn)定，錨索內(nèi)力亦將趨于穩(wěn)定值。

從各監(jiān)測點(diǎn)所處的平面位置來看，ZL02位于西北側(cè)坑邊中點(diǎn)，ZL13位于基坑陽角，ZL07位于基坑陰角，角度約70°，ZL08位于基坑陰角，角度約110°。穩(wěn)定后的錨索內(nèi)力值為ZL02與ZL13兩點(diǎn)處最大，ZL08點(diǎn)處居中，ZL07點(diǎn)處最小，這也充分說明基坑工程具有顯著的空間效應(yīng)。

2.2土壓力分析

采用掛布法，在圖2中的A1～A3、B1～B3、C1～C3區(qū)域處各選一根試驗(yàn)樁，將土壓力盒測壓面朝土體一側(cè)、綁扎在支護(hù)樁的鋼筋籠上，以便對樁側(cè)主動區(qū)的土壓力進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。圖4為基坑開挖結(jié)束后，C測試點(diǎn)不同深度處主動土壓力強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，3個(gè)土壓力盒分別埋設(shè)于支護(hù)樁樁頂下5m、7m和10m的位置。圖5為實(shí)測與Rankine理論主動土壓力強(qiáng)度值的比較。

由圖4可見，不同深度處土壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律與圖3所揭示的錨索受力規(guī)律是一致的。基坑開挖結(jié)束后的早期，坑壁土體因在水平向失去側(cè)向約束，土中應(yīng)力得到一定程度的釋放，土壓力增加顯著，后期的土壓力基本趨于穩(wěn)定值。

由圖5可知，基坑開挖完畢后，樁側(cè)實(shí)測土壓力值明顯小于Rankine理論的主動土壓力計(jì)算值。根據(jù)實(shí)測土壓力強(qiáng)度估算的樁側(cè)總主土壓力約為270kN/m，而按Rankine土壓力理論計(jì)算所得總主土壓力約為360kN/m，實(shí)測土壓力為傳統(tǒng)Rankine理論計(jì)算值的3/4。

2.3支護(hù)樁樁頂水平位移

有效控制支護(hù)樁樁頂?shù)乃轿灰疲瑢又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的安全以及基坑的順利開挖至關(guān)重要，該基坑共布置28個(gè)位移監(jiān)測點(diǎn)。圖6為基坑?xùn)|側(cè)D1、D5和D7三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，圖7為基坑西側(cè)D16和D22兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

由圖6、圖7可見：除D16點(diǎn)外，其余監(jiān)測點(diǎn)在基坑開挖期間，樁頂水平位移基本呈階梯狀增大，說明錨索的設(shè)置，對約束樁頂水平位移作用明顯，直至最后一道錨索張拉鎖定和基坑開挖結(jié)束，樁頂水平位移最終趨于穩(wěn)定。從各監(jiān)測點(diǎn)樁頂水平位移最終穩(wěn)定值來看，位于基坑?xùn)|側(cè)中間部位的D5點(diǎn)樁頂水平位移最大，其值為29mm，但并未超過30mm的預(yù)警值；D7點(diǎn)處于陰角部位，其樁頂水平位移值最小；D22點(diǎn)位于陽角部位，其樁頂水平位移值遠(yuǎn)大于處于陰角部位的D16點(diǎn)處的位移值，前者是后者的6倍。由此可見，基坑具有較明顯的坑角空間效應(yīng)。

2.4支護(hù)樁深層水平位移

為確保坑壁穩(wěn)定以及基坑周邊環(huán)境的安全，有必要對支護(hù)樁與土體的水平位移實(shí)施動態(tài)監(jiān)測。本工程共選取了24根支護(hù)樁，沿樁身分別布置7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，采用測斜儀對不同深度土體（樁體）的水平位移進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。CX04點(diǎn)位于基坑西側(cè)陽角部位，其樁身水平位移隨時(shí)間的變化如圖8所示。

該觀測點(diǎn)處，基坑開挖深度10.7m，頂部2m按1∶1.5放坡，支護(hù)樁長26.5m，支護(hù)樁樁端嵌入基坑設(shè)計(jì)底面以下深度為17.8m，分別于冠梁頂面以下2.6m和6.6m處各設(shè)一道錨索。

由圖8可見，各監(jiān)測點(diǎn)最大水平位移均小于3mm。錨索設(shè)置之初，錨索的預(yù)加力使得基坑底面以上支護(hù)樁段向土體側(cè)發(fā)生位移，樁頂位移最大，樁后土壓力為被動狀態(tài)，隨著時(shí)間的延長，樁后土壓力逐漸由被動向主動狀態(tài)轉(zhuǎn)變，樁身最大位移下移至基坑開挖底面附近，說明錨索的設(shè)置，可有效抑制支護(hù)樁的側(cè)向位移。

3結(jié)論

（1）本文依托某深基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，揭示了基坑開挖過程中的空間效應(yīng)對支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體受力與變形的影響規(guī)律。

（2）對平面形狀不規(guī)則的異形基坑，且地質(zhì)條件與周邊環(huán)境復(fù)雜，為保證基坑工程的安全，進(jìn)行信息化施工尤為重要。

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作者簡介：王昊嵐（1997—），女，漢族，河北邢臺人，碩士，主要從事建筑工程技術(shù)方面的教學(xué)與科研工作。

*通訊作者：郭一帆（1998—），女，漢族，河北邢臺人，碩士，主要從事建筑工程技術(shù)方面的教學(xué)與科研工作。