深基坑桩锚支护结构受力和变形特性研究

杨志和

摘要：伴随我国经济建设的不断发展，建筑工程事业发展突飞猛进，这在一定程度上也就对建筑工程的施工技术提出了更高的标准以及要求，以更好的提高建筑工程质量，并切实有效的实现建设工程的安全生产。深基坑桩锚支护结构是建筑施工过程中的重要基础保障，对于工程的顺利有序施工具有重要的支撑作用，本文通过对深基坑桩锚支护结构的受力以及变形特性分析，并列举实例进行详细说明，以期更好的推进深基坑桩锚支护结构的有效受力，为建筑工程提供重要的受力保障，推进工程顺利有序进行。

关键词：深基坑桩锚支护结构受力变形特性

前言：伴随我国城市化水平的不断推进，工程建设事业全面发展，城市规模不断扩大的同时，地下环境越来越复杂，这是城市建设发展的必然结果，因此在建筑工程施工过程中，深基坑的支护功能就显得尤为重要，如何能够做好深基坑的支护工作并全面有效的保障桩锚支护结构的受力均匀，并且不导致变形，这是建设企业应重点考虑的问题，以更好的确保工程施工顺利有序进行，提高工程施工质量，并将工程安全隐患降至最低。

1深基坑桩锚支护体系概述

桩锚支护体系主要由护坡桩、土层锚杆、腰梁和锁口梁4部分组成，在基坑地下水位较高的地方，支护桩后还有防渗堵漏的水泥土墙等，它们之间相互联系、相互影响、相互作用，形成一个有机整体。目前，国内外深基坑开挖深度从几米到几十米，桩锚支护结构在基坑支护中得到了广泛的应用，获得了显著的经济效益。但是，其中也有很多失败的教训。为了提高基坑支护设计水平，对桩锚支护结构支护效果的影响因素进行综合分析研究是非常必要的。

2桩锚支护结构受力和变形特性的计算分析

当建筑工程深基坑壁采用桩锚支护体系时，其容易因为相应的受力作用，发生三种形式的变形破坏，包括有：个别锚杆或土钉由于抗拔能力不足，被从土体内拉出；由于锚杆或土钉长度不足，基坑边坡土体沿朗肯主动破裂面发生变形破坏；锚杆或土钉与面层钢筋联接不牢固，导致其与面层钢筋拉脱。因此，为能保证该建筑工程深基坑桩锚支护体系施工的安全、合理，于施工全过程中，还要对深基坑桩锚支护的受力和变形特征进行详细研究与分析，以保证施工的合理性与安全性。

2.1土锚位置改进

在桩锚支护结构中，土锚对支护结构的变形产生很大影响：当基坑开挖7.0m，无土锚作用时，基坑位移达369mm，可能引起基坑周边建筑物破坏；当有一层土锚作用时，位移只有33.51mm；当土锚插入深度为5.0m，基坑开挖达14.0m时，基坑无法稳定。因此，在桩锚支护结构中土锚对位移的控制起关键作用。对于某一基坑而言，土锚有一个最佳布置方式，以使支护结构的受力和变形处于最佳状态。在本次设计的3层土锚中，第2，3层土锚的影响相应小一些。因此，限于篇幅，本文土锚位置优化，主要针对第1层土锚的位置进行。

2.2支护桩刚度对支护桩位移的影响

支护桩刚度体现在桩的直径、桩身混凝土强度等级一定时，直径越大，刚度就越大。分别进行了支护桩直径为0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2m时的位移计算。结果表明：支护桩的刚度越大，支护桩的位移越小；但是桩径在0.9m以后，这种趋势并不明显。在实际工程中，为了维持超深基坑的稳定，可适当增加支护桩的刚度。

2.3被动区不同m值对支护桩位移的影响

由于本基坑内土层为中等硬度土，因此，分别进行m值为12000，10000，8000，6000kN/m4时支护桩的受力和位移计算。结果表明：提高被动区的抗力，即m值，有利于减少支护桩的位移，但由于m值较高，这种减少的趋势不明显。当在淤泥质土中进行基坑开挖时，由于其m值较低，加固被动区土体，可以较大幅度地提高被动区的m值，对减少支护结构的位移特别有效。

3基坑桩锚支护结构变形、受力的测试和监测

本基坑进行了土压力、土锚测试、基坑周围地面和支护桩水平位移的测试和监测。

3.1土压力测试

目前主动区土压力的模式较多，主要有：（1）Coulumb和Rankine土压力，它们无法考虑土锚的作用；（2）Terzaghi-Peck土压力，可应用于有内支撑的板桩墙支护计算；（3）Techbotarioff土压力。以上模式有各自的优点和不足。因此，为了调查本基坑土压力的模式，在S-3点预埋土压力盒进行土压力测试。土压力盒埋设：在S-3监测点正护坡桩后1.0m处钻孔，利用预制结构将土压力盒埋设于钻孔中预定位置，用干砂回填、密实，沿基坑深度间隔2.0m埋设。测试结果表明：其土压力分布模式与Techbo-tarioff土压力类似。这也说明，此土压力模式可反映多根土锚的支护作用，而此种作用下的土压力与土体位移有关。

3.2深基坑桩锚支护体系的优化措施

通过对深基坑桩锚支护的受力及变形情况进行较为准确、全面的计算与分析，并通过分析研究，再采用相应的优化措施对深基坑桩锚支护体系进行合理优化，才能确保深基坑桩锚支护应用的有效与合理，不会因受力而发生严重的变形现象。

（1）支护桩嵌固深度优化

根据分析得到，若支护桩嵌入土层的深度不足时，桩体本身就很容易受到周围土体压力的影响，导致桩底部受力出现水平位移，从而造成桩体整体偏移。因此，对支护桩嵌固深度进行有效优化很有必要，将嵌固深度增加，具体的增加深度，根据桩底端入土部分不会发生位移，且转动受到一定限制，桩上部跨间弯矩及变形减少等指标进行决定。在增加嵌固深度的时候也需注意，深度增加不得太过，若太过其效果也会受到一定的影响。

（2）支护桩径及桩间距優化

桩径的取值不宜太小，若取值太小，则无法进行合理的配筋。

（3）锚杆的参数优化

基于施工现场土层的性质以及锚杆的倾角对锚杆极限承载力造成的严重影响，利用科学的理念对锚杆参数进行合理优化也很重要。在实际的深基坑桩锚支护施工作业中，尽量不要以增加锚固段直径来提高锚杆极限承载力。利用增加倾角的优化措施，便可有效的提高锚杆的极限承载力，且该措施还具有经济理念，实为可行有效的优化手段。

由此可见，只有通过全面且有效的优化措施，才能从根本上实现支护结构受力的均匀，为确保支护结构的稳定提供重要的措施保障。

5、结论

影响桩锚支护结构支护效果的因素很多，有分步开挖深度、土层锚杆及其位置、支护桩刚度、被动区土的m值等，其中起关键作用是土层锚杆。土锚的作用能使支护结构的位移减小，达到维护基坑稳定的目的；当没有土锚作用时，支护结构转化为悬臂结构，对于深基坑或超深基坑，悬臂结构几乎难以维持基坑的稳定。在工程中应综合考虑各种因素的影响，求得最佳的支护效果，达到安全经济的目的。

结语：综上所述，桩锚支护结构体系的建立和发展对于深基坑的支护作业起到了重要的作用，这在一定程度上是深基坑支护技术的重大进步，并且我相信，随着科学技术的不断进步，桩锚支护结构的测算以及应用也将越来越科学，越来越先进，并不断发挥其越来越重要的技术优势，为深基坑支护作业提供更加有效的支护结构保障。从而为工程建设的顺利有效推进提供重要的基础保障。

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