建筑工程深基坑樁錨支護的受力和變形的研究

摘 要：本文主要以我國的某高層建筑工程為例，具體分析深基坑樁錨支護在其中的應用，并通過相應的公式計算，詳細探究深基坑樁錨支護的受力和變形特征，再針對其受力和變形特點提出相應的優(yōu)化建議，以供參考。

關鍵詞：深基坑樁錨支護；受力和變形；建筑工程

引 言

近年來，隨著我國建筑的快速發(fā)展，深基坑樁錨支護體系在巖土工程中的應用也逐漸增多。但是在城市不斷的開發(fā)與建設下，地下環(huán)境也越來越復雜，就使得在工程項目深基坑開挖與支護施工過程中遇到的困難越來越大，而對樁錨支護性能與質量的要求也越來越高。為了提高深基坑樁錨支護的有效性，加強對基坑樁錨支護結構與土層之間的關系，以及樁錨支護自身受力與變形特征的研究就很有必要，通過樁錨支護的受力和變形特征等方面的詳細研究，才能采取科學的措施優(yōu)化設計，最終促進建筑工程中深基坑樁錨支護體系應用的合理性與安全性。

1 工程概況

某深基坑支護工程位于城市中心地段，基坑開挖深度在13.16～16.35m之間，地下室3層，基坑面積約在1860m2左右。基坑內(nèi)土層屬于中等硬度土，通過對地質條件的勘測，決定本深基坑支護工程采取樁錨結合型式，一樁一錨，采用人工挖孔作直護樁，預應力錨固，二次壓力注漿錨桿。

2 建筑工程深基坑樁錨支護的應用

建筑工程深基坑樁錨支護施工流程主要包括有灌注混凝土樁施工、錨桿施工兩大方面：

2.1 灌注混凝土樁施工

灌注混凝土樁施工工序如圖1所示。

首先，根據(jù)設計圖紙圖示尺寸，對固定點或樁位點進行檢查，以確認無誤后鉆機就位，并調整鉆桿，保證鉆頭尖能夠與樁位對準。其次，進行成孔作業(yè)，鉆機鉆進到設計的孔底標高后，提鉆200～500mm并開始泵送混凝土，泵送混凝土的同時注意一定要勻速地提鉆，并始終保持鉆頭低于灌注混凝土面1～2m左右。再次，鋼筋籠吊放，將鋼筋籠通過自備的鉆機吊鉤吊放入孔內(nèi)，吊放完畢后將鋼筋籠固定，并將孔口清理干凈，以防止混凝土在初凝前孔口掉入虛土[1]。

2.2 錨桿施工

深基坑樁錨支護體系中的錨桿施工工藝主要為定位→成孔攪拌于孔底→將鉆桿退出→安放鋼絞線→孔內(nèi)注漿→將鉆桿退出→封孔→第二次灌漿（錨桿施工簡圖如圖2所示）。首先，進行定位，在土方開挖邊槽后測量標高，并于圍護樁上做好記號。鉆機準確就位，并于成孔施工前挖好循環(huán)漿池及排水溝，保證泥漿排放的合理性。在準備工序完畢后，便可進行成孔作業(yè)，成孔作業(yè)時根據(jù)實際的地質條件，選擇最適宜的成孔方式。其次，利用型號合理、強度高、檢驗合格的鋼絞線制作成錨桿體。利用制作好的錨桿進行注漿，并在注漿結束后保證注漿體強度在15MPa及以上時進行錨桿的張拉、鎖定作業(yè)。再次，再進行腰梁的制作和地錨的張拉作業(yè)，腰梁制作時需注意其必須緊貼豎向鉆孔灌注樁。而地錨張拉時，需保證各部位的接觸緊密，鋼絞線完成平直[2]。

3 建筑工程深基坑樁錨支護的受力和變形研究

當建筑工程深基坑壁采用樁錨支護體系時，其容易因為相應的受力作用，發(fā)生三種形式的變形破壞，包括有：個別錨桿或土釘由于抗拔能力不足，被從土體內(nèi)拉出；由于錨桿或土釘長度不足，基坑邊坡土體沿朗肯主動破裂面發(fā)生變形破壞；錨桿或土釘與面層鋼筋聯(lián)接不牢固，導致其與面層鋼筋拉脫。因此，為能保證該建筑工程深基坑樁錨支護體系施工的安全、合理，于施工全過程中，還要對深基坑樁錨支護的受力和變形特征進行詳細研究與分析，以保證施工的合理性與安全性。在本工程中，筆者決定選擇Drucker-Prager模型，來對深基坑樁錨支護的受力與變形特征進行分析。

（4）模型有限元分析。根據(jù)Drucker-Prager模型以及開挖模擬的應用，筆者結合先進的軟件編制出樁錨支護體系二維平面應變有限元程序，通過此程序的應用，可有效分析各種參數(shù)下對支護體系受力和變形的影響。而在本次建筑工程的研究中，就通過相應的室內(nèi)實測試驗來對有限元程序的可行性進行分析，通過分析發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)實測試驗與有限元程序的分析無太大誤差，如圖3所示。

4 建筑工程深基坑樁錨支護體系的優(yōu)化措施

通過嚴格的分析，筆者認為應用樁錨支護體系二維平面應變有限元程序，可對本次建筑工程中的深基坑樁錨支護的受力及變形情況進行較為準確、全面的計算與分析。并通過分析研究，再采用相應的優(yōu)化措施對深基坑樁錨支護體系進行合理優(yōu)化，才能確保深基坑樁錨支護應用的有效與合理，不會因受力而發(fā)生嚴重的變形現(xiàn)象。具體的優(yōu)化措施如下：

（1）支護樁嵌固深度優(yōu)化。根據(jù)分析得到，若支護樁嵌入土層的深度不足時，樁體本身就很容易受到周圍土體壓力的影響，導致樁底部受力出現(xiàn)水平位移，從而造成樁體整體偏移。因此，對支護樁嵌固深度進行有效優(yōu)化很有必要，將嵌固深度增加，具體的增加深度，根據(jù)樁底端入土部分不會發(fā)生位移，且轉動受到一定限制，樁上部跨間彎矩及變形減少等指標進行決定。在增加嵌固深度的時候也需注意，深度增加不得太過，若太過其效果也會受到一定的影響。

（2）支護樁徑及樁間距優(yōu)化。從本次建設工程的實際情況來看，樁徑的取值不宜太小，若取值太小，則無法進行合理的配筋。因此，決定對支護樁的樁徑進行整體優(yōu)化，保證樁徑均在400mm以上。例如，針對埋深在10～12m之間的基坑，可選擇樁徑為400～800mm最佳；而針對埋深在12m以上的基坑，則樁徑應選擇在800～1200mm之間最佳。此外，對支護樁間距的選擇也尤為重要，根據(jù)工程實際，合理的設計支護樁間距，對保證樁間土拱效應的發(fā)揮，以及規(guī)范樁間土的可能剝落區(qū)域可起到十分顯著的效果。

（3）錨桿的參數(shù)優(yōu)化。基于施工現(xiàn)場土層的性質以及錨桿的傾角對錨桿極限承載力造成的嚴重影響，利用科學的理念對錨桿參數(shù)進行合理優(yōu)化也很重要。例如，在錨桿長度在一定的范圍內(nèi)時，可通過適當?shù)卦黾觾A角，以有效提高錨桿的極限承載力。且需注意的是，為考慮施工成本，在實際的深基坑樁錨支護施工作業(yè)中，盡量不要以增加錨固段直徑來提高錨桿極限承載力。利用增加傾角的優(yōu)化措施，便可有效的提高錨桿的極限承載力，且該措施還具有經(jīng)濟理念，實為可行、有效的優(yōu)化手段[4]。

5 結束語

綜上所述，樁錨支護做為近年來隨著深基坑工程發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型支護體系，其由于具備多種優(yōu)勢，在建筑工程項目中也得到了廣泛的應用。但是，在實際的應用過程中，若深基坑樁錨支護的施工措施不合理，很容易因受力問題而造成嚴重的變形現(xiàn)象，這對支護體系應用的合理性與安全性也會帶來影響。因此，在施工時應該對樁錨支護的受力和變形特征進行嚴格分析和計算，再根據(jù)分析結果采取有效措施進行優(yōu)化，才能保證施工不會發(fā)生變形等問題，進而也會促進整個工程項目的順利施工。

參考文獻

[1]李夢云.深基坑樁錨支護結構施工安全監(jiān)控研究[D].華中科技大學：巖土工程，2009.

[2]羅偉錦，郁文彬.軟土地區(qū)樁錨支護結構受力及變形分析[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2011，38（7）：63～65.

[3]劉永權.深基坑樁錨支護結構開挖力學效應及穩(wěn)定性影響因素研究[D].重慶大學：土木工程，2013.

[4]朱桂春，等.深基坑樁錨支護體系的受力變形研究及優(yōu)化設計[J].安全與環(huán)境工程，2012，19（1）：124～128.

作者簡介：周峰（1969-），男，高級工程師，大學本科，主要從事項目施工和技術管理工作。