深基坑桩锚支护三种计算方法的对比分析

李晓乐++杜佳芮++袁晓娜++余施轶++程学铭

摘 要：本文以杭州某中心基坑工程为例，通过对3种不同计算方法的计算结果进行分析对比，确定适合本基坑的最优计算方法。

关键词：深基坑；等值梁法；逐层开挖支撑力不变法；二分之一分担法

中图分类号：TU473 文献标识码：A

0.引言

当基坑进行施工时，如果基坑需要开挖的深度很深，基坑周边的土在主动土压力的影响下，土体会向坑内进行滑移或坍塌。为了保证基坑的稳定性和施工人员的安全性，就必须对基坑进行支护。现如今，基坑支护形式主要采用土钉墙（适用于基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地）、排桩（适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级）、地下连续墙（适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级）、放坡（基坑侧壁安全等级宜为三级）、双排桩、smw工法等。对深基坑影响因素较多，与场地条件、地层情况、水文地质条件、施工管理、现场检测及相邻建筑的相互影响相关，在进行深基坑支护工程时会出现较多问题，不但要研究土的强度、变形、稳定性问题，还要研究土与结构的相互作用，变形反馈对结构设计的控制等重要问题。基坑支护设计的结果也同样受到很多因素的影响，例如场地条件、地层情况、水文地质条件、计算方法等。本文主要分析研究不同计算方法对桩锚支护设计中桩锚杆的长度的影响，选择最佳计算方法。

1.工程概况

该工程用地面积17522m2，总建筑面积为142929.5m2，其中地上总建筑面积为94618.8m2，地下总建筑面积为48308.7m2。拟建建筑物主要5幢14～24层建筑物，内设一个整体地下车库，为3层，该地下基坑等级为一级，场地拟建建筑物为框架核心筒结构。基坑开挖深度13.5m，采用桩锚支护形式，锚杆设在地面下4.6m处，间距1.5m，地面均布荷载为q=11kN/m3，土的内摩擦角φ=40°，锚杆孔直径为140mm，倾角13°。为了判断不同的计算方法对深基坑工程的影响与不同的计算方法对工程的经济效益，我们对此工程实例用了3种不同的计算方法，分别为等值梁法、逐层开挖支撑力不变法与二分之一分担法。

2.桩锚支护

桩锚支护体系主要采用锚杆取代基坑支护内支撑，给支护排桩提供锚拉力，以减小支护排桩的位移与内力，并将基坑的变形控制在允许的范围内。桩锚支护体系主要由护坡桩，土层锚杆，围檩和锁口梁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，他们彼此之间相互影响、相互联系、相互作用，形成一个有机整体。

3. 3种计算方法原理

等值梁法又称假想绞法，可以求解多支撑的挡土结构内力，首先假定挡土结构弹性曲线反弯点即假象绞的位置。假象绞的弯矩为零，于是可把挡土结构分为上下两端。上部为简支梁，下部为一次超静定结构，求得挡土墙内力。当基坑比较深，土质较差时，单支点支护结构不能满足基坑支挡的强度和稳定性要求时，可采用多层支撑的多支点支护结构，支撑层数及位置应根据土质、基坑深度、支护结构、支撑结构、施工要求等因素确定。逐层开挖支撑力不变法是等值梁法的一种简化计算方法，其计算方法是根据实际施工情况，先开挖第一层土，挖到第一层支撑或锚杆点以下若干距离，进行第一次支撑或锚杆施工。然后再挖第二层土，挖到第二层支撑支点下若干距离，进行第二层支撑或锚杆施工。如此循环作业，直至挖到坑底为止。该计算方法假设每层支撑或锚杆安装后，其受力和变形均不因下阶段开挖及支撑设置而改变。1/2分担法是多支撑支护结构的一种简化计算方法，计算较为简便。Terzaghi和Peck根据柏林等地铁工程基坑挡土结构支撑受力测定，以包络图为基础，以1/2分担法将支撑轴力转化为土压力，提出土压力分布图。当土压力强度为q，对于连续梁，最大支座弯矩为M=ql2/10，最大跨中支座弯矩为M=ql2/20。且采用三角形土压力分布和采用梯形土压力分布计算的支撑反力会有很大差别。

4.计算结果分析

计算3点支反力时必须严格按照工况顺序进行，不考虑地下水对施工情况的影响，且在计算过程中严格要求默认3种计算方法所对应的土层情况、支反力的位置相同。在支反力计算中，等值梁法Ra相对于逐层开挖支撑力不变法较小，而同一情况下等值梁法中的Rb相较于逐层开挖支撑力不变法大9.6%，等值梁法Rc与逐层开挖支撑力不变法比较大15.8%，等值梁法桩长为16m，逐层开挖支撑力不变法桩长17m，所以可以发现，等值梁法在实际工程中的经济效益更高，安全性更好，支护因此，在深基坑工程中，等值梁法更为合适。

结论

通过结果的对比，二分之一分担法的误差较大，在工程中只适合做初略的计算。在逐层开挖支撑不变法和等值梁法对比中，等值梁法的支撑力较大。在此深基坑工程中，无论从经济性和安全性考虑，等值梁法的计算结果更为合适。

参考文献

[1]郭院成.基坑支护[M].黄河水利出版社，2012.

[2]欧吉青.某深基坑桩锚支护体系计算方法与结果分析[J].南华大学学报，21（3）：73-80.

[3]张津铭，等.深基坑桩锚支护3种计算方法分析与检测对比[J].工程技术与产业经济，2013（12）：8-9.