針對(duì)深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究

王園園

摘 要：深基坑工程是由土方開(kāi)挖和基坑支護(hù)組成的綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。土方開(kāi)挖是在紅線內(nèi)地表以下挖出的地下空間，深基坑支護(hù)則是為確保土方開(kāi)挖作業(yè)順利施工的臨時(shí)性防護(hù)工程，所以深基坑支護(hù)一方面確?；拥陌踩€(wěn)定，另一方面還要防護(hù)基坑周邊的土地沉降及減少對(duì)周?chē)h(huán)境的破壞。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起的一種新型抗滑結(jié)構(gòu)，在深基坑整治中得到了廣泛的應(yīng)用，本文參考了相關(guān)的資料，在前人的研究基礎(chǔ)上對(duì)深基坑樁錨支護(hù)的效應(yīng)、樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性進(jìn)行了相關(guān)的研究，為其應(yīng)用和工程實(shí)踐提供一些可供參考的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：深基坑 樁錨支護(hù) 穩(wěn)定性

引言

近年來(lái)隨著城市的快速發(fā)展，高層建筑、地鐵、市政工程以及地下空間的開(kāi)發(fā)規(guī)模也隨著擴(kuò)增，深基坑工程也因此急劇增加。深基坑的開(kāi)挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)受諸多因素影響，難度甚大，而由此引起的環(huán)境問(wèn)題、工程事故不僅對(duì)安全施工造成威脅，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，還影響道路交通、通訊、電氣供應(yīng)等城市的基礎(chǔ)設(shè)施，引起社會(huì)混亂，因此，如何保證深基坑支護(hù)的先進(jìn)、安全、合理就顯得尤為重要。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種復(fù)合型支護(hù)結(jié)構(gòu)，可用于較深的基坑，整體性能良好，且占地少，施工方便，造價(jià)低，已經(jīng)成為目前基坑支護(hù)的常用方法。

1深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

樁錨支護(hù)是由樁和錨共同組成的基坑支護(hù)體系，錨桿的一邊與擋土樁結(jié)合，另一邊則固定在土層中，利用了土層的錨固力來(lái)維持樁的牢固性。這種支護(hù)方法特點(diǎn)如下：

1）樁錨支護(hù)釆用排樁作為擋土結(jié)構(gòu)。將鋼筋混凝土倒入排樁的頂部制成冠梁，中間可用圈梁連接。這樣可以有效防止樁頂變形，也可以將樁聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。當(dāng)排樁插入基坑坑底適宜深度時(shí)，其所受的被動(dòng)土體壓力可以抵消一部分主動(dòng)土壓力和地面荷載等側(cè)向壓力；由于樁體混凝土強(qiáng)度較高，且又配置了一定數(shù)量的鋼筋，這都使排柱結(jié)構(gòu)得抗壓能力較強(qiáng)，可用于較大程度的深基坑開(kāi)挖作業(yè)。

2）樁體根據(jù)水平和垂直方向上的間距，提前在錨桿或錨索上施加壓應(yīng)力，并和橫梁一起拖住樁體，共同作用以減緩基坑邊坡的變形，保證邊坡的整體穩(wěn)定性，在支護(hù)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮主動(dòng)作用。

3）土層錨桿的施工是在地面或者較深的土層，用機(jī)械鉆孔工具打孔，并在孔內(nèi)放入鋼筋、鋼管或鋼絲束、鋼絞線或其他抗拉材料，最后灌入水泥漿或化學(xué)漿液，以此來(lái)增加材料的牢固度，主要利用錨固體和土體、拉桿與錨固體彼此之間的摩擦力，以及拉桿強(qiáng)度的共同作用，將構(gòu)筑物受到的外力借助鋼拉桿傳給穩(wěn)定的土層，以保障深基坑的穩(wěn)定性。

4）為了在錨桿周?chē)膸r石或土體中形成壓應(yīng)力區(qū)，增大滑動(dòng)面上的抗剪阻力及正應(yīng)力，使非穩(wěn)定性土體的下滑力變小，要對(duì)錨桿（索）施加一定的預(yù)應(yīng)力。由于錨桿可以通過(guò)在錨固端施加預(yù)應(yīng)力減少樁身位移及最大彎矩，從而減少樁的入土深度和樁身的配筋。同樣由于錨筋施加了預(yù)應(yīng)力，減少了土體剪切變形，同時(shí)錨固段內(nèi)錨固體與巖土間也發(fā)生了剪切變形，因此，基坑變形相應(yīng)減小。

5）錨桿要有一定的覆蓋深度和抗拔力。有機(jī)質(zhì)土，以及含水量高、抗剪強(qiáng)度低的軟弱土層，因抗拔力太低，不適合采用永久性錨桿。釆用臨時(shí)性支護(hù)時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理后才行，不然則不宜采用。

6）設(shè)計(jì)基坑土層錨桿時(shí)，首先要確定錨桿的位置布置，即錨桿的層數(shù)、錨桿的水平間距和錨桿的傾角等。錨桿預(yù)應(yīng)力大小和作用位置可根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便施工。

7）基坑采用樁錨支護(hù)時(shí)，主要優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)挖效率高。施工方便，可用于較深的基坑。但對(duì)水泥和銅的材料消耗量較大，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況具體分析，在施工成本和安全條件允許的前提下確定其可行度。

2 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理

排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)開(kāi)挖的深度的要求較高，當(dāng)進(jìn)行較深度的開(kāi)挖作業(yè)時(shí)，若埋入基底過(guò)深則引起造價(jià)太高，埋入過(guò)淺則又容易造成基坑穩(wěn)定性失衡。如若支護(hù)結(jié)構(gòu)本身易產(chǎn)生較大的變形，會(huì)對(duì)相鄰建筑物產(chǎn)生不良影響。因此，只有在基坑的土層質(zhì)量較好且開(kāi)挖深度不太大的基坑工程中才會(huì)考慮單獨(dú)采用排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)深基坑支護(hù)體系常釆用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)。

在基坑土層的開(kāi)挖作業(yè)中，土層狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)也會(huì)引起土體的側(cè)向位移。為應(yīng)對(duì)樁體收到的這種側(cè)向壓力，需選用強(qiáng)度較好的錨桿，使其在水平分量上的受力與側(cè)壓力平衡。當(dāng)加大基坑的開(kāi)挖深度時(shí)，土體中的剪應(yīng)力也相應(yīng)增加，因而土體以及基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)是以一種復(fù)雜的形式產(chǎn)生變形。與變形有關(guān)的因素主要有錨桿、樁體和土體的剛度以及屈服性能等。

隨后安裝第二層錨桿，并在錨筋上施加一定的預(yù)應(yīng)力，以有效的控制土體的變形。然后再往下開(kāi)挖基坑時(shí)，上部已施工的各層錨桿都發(fā)揮作用，基坑保持穩(wěn)定狀態(tài)。最后當(dāng)基坑挖至預(yù)定深度時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)能保證基坑安全穩(wěn)定的支護(hù)體系。從上述分析可知，錨桿和被動(dòng)土壓力一起抵抗樁體所受的主動(dòng)土壓力。當(dāng)后者小于或等于前者時(shí)，樁體及土體不會(huì)發(fā)生側(cè)向位移，基坑處于穩(wěn)定安全狀態(tài)；反之支護(hù)體系失效從而引起基坑失穩(wěn)。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)要確保支護(hù)效果的正常發(fā)揮，另外還需樁體本身強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，否則會(huì)在使樁體撓度過(guò)大，或出現(xiàn)剪切破壞。

3被鏈桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞形式

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞形式主要有穩(wěn)定性破壞和強(qiáng)度破壞兩種。

3.1穩(wěn)定性破壞

1）在基坑開(kāi)挖較深時(shí)，基坑底部受到來(lái)自坑外的土壓力較大，如果基坑自身頂部有較大的承載力，或者在基底有較弱地層、錨桿提供的拉力不足等情形下，都可能引起基坑側(cè)面的土體整體出現(xiàn)滑動(dòng)失穩(wěn)的現(xiàn)象，此時(shí)土體推動(dòng)樁腳外移，整個(gè)支護(hù)體系沿最易破裂的縫往下往外移動(dòng)。出現(xiàn)前兩種情況時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致基坑出現(xiàn)底部往上凸起的情況。

2）在地下水位較高時(shí)，由基坑開(kāi)挖造成坑內(nèi)外的水壓力差，使地下水經(jīng)墻體底部從基坑底面涌出，出現(xiàn)管涌或流砂的現(xiàn)象。

3.2強(qiáng)度破壞

1）由于地面荷載或土壓力使拉桿斷裂或腰梁破壞，樁墻外土體向基坑內(nèi)側(cè)傾倒。

2）如果樁體入土深度太淺，而開(kāi)挖深度太大，樁體底部承受土壓力過(guò)大，使樁的底部朝外移動(dòng)。

3）由于樁體配筋不夠或是因不當(dāng)，在土體水平壓力作用下，容易出現(xiàn)披體受彎破壞。

4 被描桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響因素

4.1土體的物理參數(shù)及地下水位

深基坑的土層物理力學(xué)參數(shù)包括土體的內(nèi)摩擦角、凝聚力及土體的重度等等，這些因素決定著土體主動(dòng)壓力和被動(dòng)壓力的值，土體中地下水位的高低直接影響土體主、被動(dòng)壓力的實(shí)際大小，它們都是樁錨支護(hù)的關(guān)鍵因素。

4.2基坑深度和形狀

深基坑開(kāi)挖深度和形狀，對(duì)基坑土壓力的大小和分布形式有直接的關(guān)系，影響樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和位移。因而要求在進(jìn)行樁體和錨桿設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)基坑的深度和形狀來(lái)綜合考慮。

4.3排樁旳設(shè)計(jì)

支護(hù)樁的截面形式有方形、圓形等，根據(jù)排樁間距和受力大小，確定支護(hù)樁的半徑及配筋的大小、根數(shù)和間距，樁體混凝土的強(qiáng)度等。樁體的設(shè)計(jì)方案關(guān)系到支護(hù)樁體本身的強(qiáng)度、剛度、樁體極限抗彎承載力的大小。樁間距的大小則跟每個(gè)樁體所需要承受土側(cè)壓力的大小密切相關(guān)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)深基坑樁錨支護(hù)的特點(diǎn)、作用機(jī)理、穩(wěn)定性及影響因素做了簡(jiǎn)單的理論分析，但理論是抽象的，深基坑樁錨支護(hù)工程的理論只有和實(shí)踐結(jié)合才能體現(xiàn)其價(jià)值，才能全面反應(yīng)實(shí)際工程中的各種變化狀況，也只有經(jīng)過(guò)實(shí)踐才能制定出規(guī)范的章程，保證深基坑樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和安全性，為理論應(yīng)用和工程實(shí)踐提供合理、科學(xué)的指導(dǎo)。

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