樁錨—土釘墻組合結(jié)構(gòu)的基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)分析

蔡傳海，周龍翔，白二彪

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣州 510006）

樁錨—土釘墻組合支護(hù)是將排樁、土釘、錨桿作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)共同抵抗荷載和變形，在實(shí)際工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用，并得到了設(shè)計(jì)與施工單位的信賴。

目前這種支護(hù)方式還沒有形成一套完整的支護(hù)系統(tǒng)理論，因此有必要繼續(xù)對(duì)這種支護(hù)方法進(jìn)行深入研究，郭院成等［1－9］對(duì)這種支護(hù)方式進(jìn)行較多的研究，但研究的只是豎向聯(lián)合支護(hù)，即上部進(jìn)行土釘支護(hù)，下部進(jìn)行樁錨支護(hù)；吳忠誠(chéng)［10－11］、劉斌［12］、申利梅［13］、楊敏［14］主要是從土拱效應(yīng)的角度對(duì)水平組合方式進(jìn)行研究，如下圖1所示的支護(hù)方式，這些學(xué)者建立了一些計(jì)算模型，分析它的土壓力、變形及水平支護(hù)方式的傳遞機(jī)理等，并沒有從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的角度進(jìn)行分析。

本文將結(jié)合具體的樁錨—土釘墻組合支護(hù)工程實(shí)例，分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)，分別對(duì)樁體、土體的水平位移進(jìn)行研究，具體地來分析基坑的變形情況，得出相關(guān)結(jié)論。

1 工程概況

廣州鐵路（集團(tuán)）公司共和西路廣鐵一號(hào)住宅地上30層，地下3層?；拥脑O(shè)計(jì)開挖深度為12.3m，平面尺寸為59.9m×35.6m。該基坑采用樁錨—土釘墻組合支護(hù)，見下圖1所示的基坑平面布置圖。

圖1 基坑平面布置圖

圖2～3所示的是樁錨結(jié)構(gòu)、土釘墻結(jié)構(gòu)的剖面圖，從自然地面下3.5m、1.7m處分別開始向下設(shè)置1排錨桿、10排土釘，其中錨桿成孔孔徑為150mm，土釘成孔孔徑為110mm，采用直徑為28mm的鋼筋，水泥砂漿注漿；基坑頂面北、西、南三側(cè)用鋼筋網(wǎng)噴射C10素混凝土面層，面層厚度為100mm，其他尺寸見圖2～3所示。

圖2 樁剖面圖

該工程的各土層的參數(shù)如表1所示。

表1 基坑的土層參數(shù)

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

該工程在基坑周圍埋設(shè)了3個(gè)測(cè)斜管來對(duì)基坑的樁體、土體變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中1號(hào)孔埋設(shè)于13＃人工挖孔樁內(nèi)，2號(hào)孔埋設(shè)于5＃人工挖孔樁內(nèi)，3號(hào)孔埋設(shè)于3＃人工挖孔樁與4＃人工挖孔樁之間的土體中，人工挖孔樁樁徑為1.5m，挖樁凈深為17.3m。利用測(cè)斜管監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)畫出水平位移—深度曲線，分別對(duì)樁體的位移和土釘墻的位移進(jìn)行對(duì)比分析，其1號(hào)孔、2號(hào)孔、3號(hào)孔的水平位移—深度曲線如圖4～6所示。

圖4 13＃樁體水平位移—深度曲線

圖5 5＃樁體水平位移—深度曲線

圖6 土體水平位移—深度曲線

從圖4～6基坑的水平位移—深度曲線可得，在基坑開挖到最終狀態(tài)時(shí)，最大位移位置在基坑的中部或下部，在基坑開挖的過程中，基坑頂部的位移不斷地向基坑的內(nèi)側(cè)增加，下部位移增量小。

（1）以1號(hào)孔為例，在開挖過程中，第一排土釘施工完成后，最大位移值為1.15mm，從第一排土釘施工完到下層土方開挖期間，位移增量不大，最大位移值為1.89mm，繼續(xù)開挖進(jìn)行下排土釘?shù)氖┕ぃ灰圃隽恳嗖皇呛艽?，最大位移值?2.84mm，1999年8月8日已經(jīng)開挖到坑底了，但到1999年12月12日期間位移仍有所增長(zhǎng)，這是因?yàn)榛娱_挖完成后，土體會(huì)受蠕變特點(diǎn)的影響。

（2）2號(hào)孔與3號(hào)孔位置較近，因此具有可比性，雖然兩者的位置很近，但是變形曲線不盡相同，從圖5～6可以看出2號(hào)孔處樁體的最大位移值為12.04mm，3號(hào)孔處土體的最大位移值為22.43mm，土體的最大位移值大于樁體的最大位移值，導(dǎo)致差別的原因是：一是樁體的剛度比較大，測(cè)斜管埋設(shè)于樁體內(nèi)，可以很好地與樁體協(xié)調(diào)，而土體內(nèi)的側(cè)斜管受到坑后土壓力可能會(huì)發(fā)生擠壓及扭轉(zhuǎn)作用，會(huì)使監(jiān)測(cè)的實(shí)際值偏大；二是在樁支護(hù)結(jié)構(gòu)間會(huì)產(chǎn)生土拱效應(yīng)，土拱將土釘墻后的部分土壓力轉(zhuǎn)移到兩側(cè)樁上，使得土體的變形增大。

（3）1號(hào)孔在基坑的西側(cè)中部，2號(hào)孔在基坑的北側(cè)，兩孔的變形曲線也不完全相同，北側(cè)2號(hào)孔的最大位移值為12.04mm，西側(cè)1號(hào)孔的最大位移值為12.84mm，導(dǎo)致差別的原因：一是基坑的西側(cè)鄰近道路，交通量大，在反復(fù)的車輛振動(dòng)荷載下，基坑的側(cè)向變形相對(duì)北側(cè)大；二是在基坑的西側(cè)的施工機(jī)械、棄土堆等其他靜荷載的作用增加了坑后土壓力，致使水平位移量增大。

如下圖7所示，可看出樁頂后土與樁間土的位移不同步，樁間土的位移隨著時(shí)間的推移逐漸增大，樁間土位移明顯大于樁位移，則樁上將承擔(dān)大于土釘墻所承擔(dān)的土壓力，樁錨結(jié)構(gòu)成為主導(dǎo)支護(hù)，土釘墻輔助支護(hù)，在樁間會(huì)通過一種傳力機(jī)制將土釘墻后的部分土壓力轉(zhuǎn)移到樁上，這說明在樁間會(huì)產(chǎn)生土拱。從8月8日測(cè)的數(shù)據(jù)反映，樁間土的位移量小于樁體的位移量，這可能是由于在基坑開挖的過程中產(chǎn)生的土拱是不穩(wěn)定的，不是一直存在的，而是不斷的形成—破壞—再形成，在這里可能是因?yàn)橥凉皠偤闷茐牧诉€沒有形成新的土拱。

圖7 樁間土、樁后土水平位移—時(shí)間曲線圖

在開挖到最終狀態(tài)直至穩(wěn)定時(shí)，依然可以形成穩(wěn)定的土拱，假如樁間距大于最大樁間距，將無法形成土拱，那么土釘墻將承擔(dān)主要的土壓力，則樁錨支護(hù)的范圍變小，只承擔(dān)它后面的土壓力，這樣與單一的土釘墻支護(hù)差別不大，就會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。因此當(dāng)采用該支護(hù)方式時(shí)，所采用的樁間距不能大于最大樁間距。

3 結(jié)語

（1）隨著基坑開挖深度的增加，基坑的最大位移點(diǎn)在基坑的中部或下部，基坑頂部的位移不斷地向基坑的內(nèi)側(cè)增加，基坑下部位移增量小。

（2）開挖到坑底后，基坑受土體蠕變的影響，變形仍繼續(xù)增長(zhǎng)；鄰近道路側(cè)在反復(fù)車輛振動(dòng)荷載下的樁體變形量比遠(yuǎn)離道路側(cè)的大。

（3）埋設(shè)在樁中的測(cè)斜管能夠與樁相協(xié)調(diào)，而土體內(nèi)的測(cè)斜管受土體的擠壓、扭轉(zhuǎn)等作用，土拱又將部分土壓力轉(zhuǎn)移到樁上，使實(shí)際監(jiān)測(cè)的土體變形量偏大，則樁體的變形量小于土體的變形量。

（4）實(shí)際中采用的樁間距不能大于最大樁間距，否則無法形成土拱，與土釘墻支護(hù)差別不大，也達(dá)不到預(yù)定的支護(hù)效果。

［1］郭院成，周同和，宋建學(xué).樁錨與復(fù)合土釘聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)［J］.建筑施工，2001，23（6）：375－77.

［2］郭院成，王立明，鄭秀麗.土釘與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模式［J］.河南科學(xué)，2003，21（3）：315－19.

［3］郭院成，周同和，宋建學(xué).樁錨與土釘聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2003，24（2）：26－28.

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