深基坑樁錨支護的受力與變形研究

【摘要】鑒于樁錨土相互作用的影響，結(jié)合實際工程，探究深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)受力與變形的特征。經(jīng)過研究表明，對樁錨支護結(jié)構(gòu)受力和變形特性存在較大影響的包括：土層錨桿、支護樁的剛度、被動區(qū)土的“m”值以及分步開挖深度四個方面，其中土層錨桿起主要性作用。

【關(guān)鍵詞】深基坑；樁錨土；受力；變形

1.引言

土層錨桿、護坡樁、腰梁和冠梁四個部分共同組成樁錨支護體系。如果基坑地下水位比較高，支護樁后必須有防滲堵漏的水泥土等，以確保萬無一失，它們之間相互聯(lián)系、相互作用、相互影響，缺一不可，共同形成一個整體?，F(xiàn)如今，世界各地深基坑的深度由原來的幾米到現(xiàn)在的幾十米，樁錨支護結(jié)構(gòu)不僅得到了廣泛的應(yīng)用而且獲得顯著的經(jīng)濟效益。盡管如此，其中也有許多失敗慘痛的教訓(xùn)，因此，提高基坑支護設(shè)計水平，對樁錨支護的影響因素進行分析與探討是必不可少的。根據(jù)實際經(jīng)驗與實際工程，本文主要利用樁土錨相互作用對深基坑支護的受力與變形進行研究。

2.基坑基本情況

本文分析的對象為某科技大樓深基坑?；觾?nèi)的土層為中等硬度土?；娱_挖深度為12.24～15.44m，3層地下室，基坑面積大約為1530.0m2。一樁一錨，所以基坑支護采取的是樁錨結(jié)合的型式，并且采用了直徑為1.0m的人工挖孔作為支護樁。采用二次壓力注漿錨桿，預(yù)應(yīng)力錨固。

3.樁錨支護的受力與變形特性的計算分析與研究

土壓力的計算分析模式有很多種，目前主動區(qū)采用修正Teshebotarioff模式計算分析土壓力，被動區(qū)采取“m”法值計算土壓力。并且土壓力與土體位移有關(guān)聯(lián)，因此，應(yīng)根據(jù)實驗值確定計算過程中的土壓力與土體位移的聯(lián)系。

3.1分步開挖受力與變形特征

圖1表示分步開挖時支護結(jié)構(gòu)受力和變形特性。

支護樁頂位移的測試值與計算結(jié)果比較接近，所以，此次的計算結(jié)果相對有效與合理。

分析各步開挖情況得知，每開挖一步，支護樁位移就會有所增加，并且第一步開挖增加幅度最大，如圖1（a）。所以，應(yīng)該盡量減少第Ⅰ步開挖在實際基坑開挖的幅度。

要確保彎矩和剪力無突變值，就要保證沒有土錨作用。因為土錨的作用會使彎矩與剪力發(fā)生突變，如圖1（b）、（c）。（圖1、2中Di、Mi、Qi（i=1-4）依次表示第i步開挖的位移、剪力與彎矩）。土錨的作用使彎矩的最大值減小，支護結(jié)構(gòu)的受力分布相對均勻。在每一步開挖中，支護位移與土壓力的關(guān)系不斷改變，因此，土錨受力應(yīng)不斷進行調(diào)整與協(xié)調(diào)，保證支護位移與土壓力在合理的范圍內(nèi)，以達到最佳狀態(tài)。盡管如此，同一層土錨在不同的開挖工況時，受力也不相同，其趨勢逐步增加，增加了工程設(shè)計中的難度。

3.2土錨位置優(yōu)化

經(jīng)研究表明，土錨對支護結(jié)構(gòu)的變形產(chǎn)生最大的影響是在樁錨支護結(jié)構(gòu)中，而且樁錨支護結(jié)構(gòu)中土錨對位移的影響起主要性作用。例如，當(dāng)基坑開挖7.0m，并且無土錨作用時，基坑位移可達到369mm極有可能引發(fā)基坑周圍建筑物的損壞，造成經(jīng)濟損失。但是當(dāng)有一層土錨作用時，位移僅有33.51mm。當(dāng)基坑開挖14.0m，土錨插入深度達到5.0m時，基坑無法保持穩(wěn)定。因此，樁錨支護結(jié)構(gòu)中土錨對位移的設(shè)計應(yīng)謹慎，并且合理化。每一個基坑，土錨都有一個最佳的分布方式，確保支護結(jié)構(gòu)的受力與變形達到最佳狀態(tài)，避免建筑物的損壞，減少不必要的經(jīng)濟損失。每一層的土錨影響都不相同，第2、3層土錨影響相對較小一點。因此，本文主要針對第一層土錨的位置進行探究與分析。

經(jīng)計算結(jié)果顯示，要想改變支護樁位移必須改變土錨離支護樁頂距離，并且土錨離支護樁頂距離越大支護樁位移就越大，反之越小。當(dāng)支護樁位移變大，相應(yīng)錨固力也會變大。只要支護樁位移變小，3層土錨錨固力才能均勻分布（方案Ⅱ），但最大剪力和最大彎矩會隨之變大。方案Ⅰ是土錨沿基坑深度方向均與布置的，所以支護結(jié)構(gòu)位移相對于Ⅲ、Ⅳ方案較小。對于支護結(jié)構(gòu)力，第一層土錨離支護樁頂距離越小其值越大，反之越小。因此，綜合考慮結(jié)構(gòu)的位移和工程的造價等問題共同確定土錨在工程實際中的布置，達到最優(yōu)化。

3.3支護樁剛度對支護樁位移的影響

樁身混凝土強度與樁的直徑兩者共同體現(xiàn)出支護樁剛度。等級不變，直徑越小，剛度則越小。對于支護樁直徑為0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，m進行計算位移時，計算結(jié)果顯示：支護樁的剛度越小，支護樁的位移就會越大，反之越?。坏钱?dāng)支護樁的直徑大于0.9m時，這種趨勢就會減小，但并不明顯。因此，在實際工程中，應(yīng)該適當(dāng)增加支護樁的剛度來維持深基坑的穩(wěn)定。

3.4被動區(qū)不同m值對支護樁位移的影響

中等硬度土為本基坑內(nèi)土層，所以，對m值為10000、8000、6000kN/m4進行支護樁的受力與位移的計算。研究結(jié)果顯示：提高m值，可以減少支護樁的位移，如果m值過高，減少的趨勢將會不明顯?；娱_挖如果為淤泥質(zhì)土?xí)r，其m值相對低一點。因此，加固被動區(qū)土體，有利于提高被動區(qū)的m值，而且可以減少支護結(jié)構(gòu)的位移，一舉兩得。

4.檢測深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)受力與變形

檢測基坑包括：土錨測試、土壓力、支護樁水平位移和基坑周圍地面。

4.1土錨測試

抗拔力與錨身鋼筋應(yīng)力測試為土錨抗拔實驗的主要研究對象。結(jié)果顯示，大部分錨固力在400kN以內(nèi)時，錨土截面位移小于6.0mm；在正常的使用范圍內(nèi)，土錨錨固段內(nèi)鋼筋應(yīng)力伴隨深度的減小而快速增加，反之減小。

4.2土壓力測試

現(xiàn)如今主動區(qū)土壓力的模式包括：Coulumb土壓力、Rankine土壓力、Techbotarioff土壓力和Terzaghi-Peck土壓力。但是每一種土壓力模式的優(yōu)缺點都不相同，各有千秋。所以，在S-3點預(yù)埋土壓力盒進行土壓力測試，目的是為了調(diào)查本基坑土壓力的模式。

測試結(jié)果顯示：本基坑土壓力模式與Techbotarioff土壓力模式類似。因此說明，此土壓力可以表達多根土錨的支護作用，并且伴隨著土壓力與土體位移的關(guān)系。

4.3現(xiàn)場基坑監(jiān)測

現(xiàn)場監(jiān)測任重而道遠，時間漫長，監(jiān)測過程必須仔細、謹慎。圖3表示基坑周圍支護結(jié)構(gòu)水平位移的檢測.準(zhǔn)確表達了每一部分水平位移的特點，以便在實際工程中作出相關(guān)的措施。圖4表示在S-3點進行支護樁沿深度方向的水平位移監(jiān)測。監(jiān)測顯示，在此支護結(jié)構(gòu)條件下，土壓力測試S-3點所處的位移是28.0mm，最大沉降值可達到5.3mm，并且基坑周邊最大水平位移是31mm。所以，基坑周邊環(huán)境與建筑物在開挖過程中并未發(fā)生破壞。

5.結(jié)語

綜上所述，分步開挖的深度、支護樁剛度、被動區(qū)土的m值、土錨的位置以及土壓力模式等因素共同影響深基坑樁錨支護的受力與變形。土層錨桿的影響最大，起關(guān)鍵性作用，因為土錨的作用可以使支護結(jié)構(gòu)的位移減小，維護基坑的穩(wěn)定性，避免周邊建筑物的破壞；如果沒有土錨作用，原先的支護結(jié)構(gòu)就會轉(zhuǎn)變?yōu)閼冶劢Y(jié)構(gòu)，懸臂結(jié)構(gòu)很難維持基坑的穩(wěn)定，造成樁錨的受力不均勻與結(jié)構(gòu)變形，給社會帶來難以估量的損失。因此，應(yīng)該綜合考慮各種因素在實際過程中，力求達到最佳的效果，確保經(jīng)濟安全與社會和諧。

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