深基坑复合支护中微型桩的作用机理研究

李小慧 郑玉慧 易亚东 付 冰

（1.河南省煤田地质局资源环境调查中心，河南 郑州 4 50053 ；2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 430053；3.黑龙江省第五地质勘查院，黑龙江 哈尔滨 150090；4.江西省地矿局赣西地质调查大队，江西 南昌 330002）

0 引言

就目前为止，在我国的城市建设过程当中，最为普遍的就是深基坑工程，在开挖的过程当中往往具有深度大，规模大还有环境复杂的特点，从而这就导致了各种支护结构的出现，在这方面我国的一些学者进行了深入的研究，董诚、刘继国、冯勇等对深基坑土钉和预应力锚杆复合支护方式进行了研究；谈德明利用FLAC 程序模拟了土钉墙在基坑开挖支护中的应用，对土钉支护过程中的基坑土体位移场和土钉内力进行了分析，并对土钉支护工作机理进行了初步研究；袁守文研究了预应力锚索微型桩在深基坑支护中的应用；宋广对单纯土钉支护和微桩复合土钉支护进行了对比分析；

1 计算分析方案

1.1 工程概况

基坑开挖深度为10m,基坑坑壁为垂直开挖。基坑所处场地表层为杂填土，以下依次为粉土夹粉砂、粉土、粉土夹粉砂、粉土和粉砂层。

基坑支护结构中微型桩孔径120mm，间距0.5m，长度15m，内置40mm壁厚不小于2.5mm钢管，填充粒径5-10mm碎石，灌注1：0.5 纯水泥浆；土钉纵横间距1.0m，倾角10°，主筋采用Φ22 钢筋，共设置9 排，第1、2、9 排长度为9m，其余长度为12m，洛阳铲或小型机械成孔，孔径150mm，注浆压力0.2-0.4Mpa，注浆材料1：0.5 纯水泥浆；面层喷射砼厚度80mm，强度等级C20，施工配合比水泥：水：砂：碎石重量比=1：0.5：2：2，铺设φ6@250×250 钢筋网，加强筋采用φ10@1500 菱形布置，交叉点与土钉端头焊接牢固。

1.2 计算模型及参数选取

数值计算总宽度（X向）为35 m，基坑部分的宽度为10 m，基坑之后为25m，垂直剖面方向（Y向）为10m，深度（Z向）为25 m，模型侧边界施加法向位移约束，底部边界施加位移全约束。

2 计算结果分析

2.1 基坑水平位移

为基坑开挖完成后的水平位移云图，从中可以看出，单纯土钉支护下水平位移在基坑壁顶面及基坑中下部均有较大值出现，其最大值为5.58cm，而微型桩复合支护中最大值位于基坑的中下部，最大值为3.81cm，与单纯土钉支护相比，减小了1.77cm，约束了微型桩周围的土体在基坑开挖过程中的变形。

2.2 土钉受力

为土钉支护和微型桩+土钉复合支护下基坑不同深度处土钉最大轴力对比图，可以看出，微型桩+土钉复合支护相较于单纯土钉支护，第1、2、6，7、8、9 排土钉轴力减小较大，第3、4、5 排土钉轴力变化较小。

2.3 基坑塑性区域

土钉支护下，基坑后缘出现拉伸破坏，微型桩+土钉复合支护下，基坑后缘基本没有产生拉伸破坏，说明微型桩的存在能够有效限制基坑底角和基坑壁的剪切破坏和抑制基坑顶部后缘的拉张破坏。

3 结论

（1）单纯土钉支护下水平位移在基坑壁顶面及基坑中下部均有较大值出现，其最大值为5.58cm，而微型桩+土钉复合支护中基坑最大值位于基坑的中下部，最大值为3.81cm，微型桩存在不仅有效减小了基坑水平位移的大小。

（2）微型桩土钉复合支护相较于单独土钉支护各排土钉轴力均有所减小，说明微型桩的存在对降低土钉轴力有一定效果

（3）从基坑塑性区域来看，能够有效限制基坑底角和基坑壁的剪切破坏和抑制基坑顶部后缘的拉张破坏。