深基坑桩—锚支护的分析及预应力锚杆支护技术的研究

张振庆

【摘要】桩-锚支护是近年来在基坑工程建设中兴起的一种新型支护结构。本文介绍了桩-锚支护体系的特点和原理，用数据模拟方法进行了分析。同时对预应力锚杆支护技术进行了研究。

【关键词】深基坑；桩-锚支护；预应力锚杆

一、深基坑桩-锚支护

1. 深基坑桩-锚支护的特点

桩-锚支护是一种较为常见的护坡排桩配合单锚或多锚的基坑支护方法，它是一种超静定结构，稳定性较好，安全性能较高。桩-锚支护体系是利用锚杆锚固段与土层之间的摩擦力，以及支护桩嵌入土层所提供的支撑力来保持整个支护结构的稳定性。它能够适用于大多数深基坑及超深基坑工程，包括一些工程地质条件较差、周边环境控制要求严格的工程。

2. 桩-锚支护体系的工作原理

桩-锚支护体系中锚杆的自由端受力时，通过锚杆传递给锚固段，由于锚固段与土层锚固在一起，所以可以利用锚固体之间的摩擦力将所受的外力传递到周围土层中，以达到应力释放的目的。桩锚支护体系的受力机理见图1。

3. 深基坑桩-锚支护数值模拟分析

3.1工程概况

某水厂引水泵房深基坑采用桩锚支护， 基坑面积约为2500㎡， 宽度为30m ，开挖深度14m。支护桩采用Φ1000灌注桩， 桩间距1200 mm， 桩长19m， 桩顶设800×1000冠梁，两道锚杆分别设在距地面6m和9m处， 锚杆长度18m，水平倾角10°，基坑支护结构见图2。本次分析过程分以下五个工况进行：（1）基坑开挖距地面6.5 m 处， 上部3m放坡， 坡度系数为1， 台宽为3m；（2）在距地面6m处设锚杆并施加预应力；（3）基坑开挖距地面9.5m处；（4）在距地面9m处设锚杆并施加预应力；（5）基坑开挖距地面14 m处。

3.2模拟结果及分析

选用有限元分析方法，建立有限元模型，对模拟结果进行分析。

（1）不支护稳定性分析

基坑开挖但不采取任何支护， 通过模型计算得知基坑最危险截面上的X方向变形已经达到了13.7 5cm，基坑破坏面已经形成。塑性区已经从基坑底部贯通到基坑顶面， 塑性应变值最大为0.063 ， 并且此时解并不收敛， 表明此时基坑已经破坏了。现实中此种情况下的基坑已经垮塌，不进行支护，非常不安全的。

（2）支护桩顶水平位移分析

本基坑在施工过程中对支护桩顶水平位移进行了跟踪监测， 图3给出了基坑各工况下支护桩顶水平位移的理论计算值与现场监测值。随着基坑不断的开挖， 从各工况中可以看出两者的变化趋势基本一致， 但从图中可看出理论计算值稍大于现场监测值， 但二者存在的差距是可以满足做为临时结构的基坑工程精度要求的。

图3 支护桩顶水平位移 图4 支护桩身水平位移分析

（3）支护桩身水平位移分析

图4给出了基坑不同工况下支护桩桩身水平位移计算与实测曲线。工况一中桩体顶水平位移最大，类似一悬臂构件的变形曲线且的桩体水平位移曲线变化比较平缓。 基坑开挖过程中最大水平位移的位置有逐渐下降的趋势， 开挖结束时， 基坑桩身水平位移总体上呈现出明显的抛物线的分布形态， 呈两端小、中间大的变形规律。桩体在施工过程中埋设了测斜管， 通过测斜仪得出不同工况下桩身水平位移曲线， 由图可以看出其趋势是一致的， 也都呈现略小于计算值这一规律。

数值模拟方法已在基坑工程中获得了广泛的应用。本次模拟结果在形态和数值上与监测的位移值吻合较好，尽管模拟出的土体位移比监测位移稍大，但误差在允许范围内。

二、预应力锚杆支护技术

1.预应力锚杆支护技术的简单介绍

预应力锚杆支护就是将锚杆锚固于潜在滑移面以外的稳定岩土体中，通过对锚杆的自由段施加预应力，使锚下结构在潜在滑移面以外的稳定岩土体中进行锚固。由于在非稳定岩土体内设置了自由段，锚杆在自由段中可以自由伸缩，因此预应力对整个非稳定岩土体进行了主动的约束锚固。

2.预应力锚杆支护技术的优势

预应力锚杆柔性支护是一种新的基坑支护技术，由于其在支护技术中实用、经济、可靠的特点，因此在基坑支护中得到广泛的應用。预应力锚杆柔性支护综合了拉锚式支护结构和土钉支护结构的优点：①基坑变形小；②支护基坑的深度大；③施工方便，施工速度快；④施工设备简单，不需大型设备和复杂技术；⑤造价低廉；⑥相对于桩墙支护结构而言，占用地下空间小。

3.预应力锚杆支护技术的适用范围

一般来说，从经济效益看来，预应力锚杆支护的使用要求是土层在垂直开挖2m左右高度时，在不加任何支护条件下基坑能自稳两天左右。预应力锚杆衬砌支护可适用的条件：（1）适用于小于15m开挖深度的基坑支护；（2）土层方面的条件，适用的土层有粉质粘土、容易产生蠕变的低塑性粘土、具有一定粘结力的砾石、天然胶结砂和天然含水量较少的均匀中、细砂，不适用于低强度结构的残积土和风化岩和淤泥质土。

4.锚杆参数对基坑支护的影响

（1）锚杆所施加的预应力大小对基坑的水平位移有一定的影响。

（2）锚杆的倾角对基坑的水平位移也有一定的影响。

（3）锚杆锚固段的长度对基坑的水平位移也有一定的影响。

三、结束语

桩-锚支护充分利用了预应力锚杆与支护桩的特点，使基坑的支护结构受力更加合理，从而保证了基坑施工的安全性，在深基坑工程中应用越来越广泛。预应力锚杆支护技术是一种安全可靠、快速简便的支护方式，实践中要注意其适用范围。

参考文献

[1]曹辉.深基坑桩喵支护的分析及预应力锚杆支护技术的研究[D].桂林理工大学，2012

[2]朱桂春等.深基坑桩-锚支护体系的受力变形研究及优化设计[J].安全与环境工程，2012，01