探討深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)樁身內(nèi)力及土壓力

呂爽

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的城市化建設(shè)進(jìn)程也逐步加快。目前，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到深基坑支護(hù)體系中，但是由于深基坑工程存在著比較嚴(yán)重的安全問(wèn)題，因此本文就對(duì)深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)身內(nèi)力和土壓力的施力情況進(jìn)行分析研究，以供相關(guān)人士參考。

【關(guān)鍵詞】深基坑；樁錨支護(hù)；樁身內(nèi)力；土壓力

由于目前，城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)十分迅速，各類高層建筑就像雨后春筍般出現(xiàn)在人們的視野中。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，對(duì)其地基的建設(shè)是整個(gè)工程項(xiàng)目的重中之重。但是，由于現(xiàn)在進(jìn)行地下工程施工時(shí)存在著許多安全隱患，因此我們就采用支護(hù)結(jié)構(gòu)作為深基坑的支護(hù)體系，為深基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境進(jìn)行有效的支檔、加固和保護(hù)措施。而樁錨作為一種新型工程技術(shù)，如今已經(jīng)引入到了深基坑的工程技術(shù)當(dāng)中，并且因其穩(wěn)定性好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，得到了社會(huì)的好評(píng)。

1.深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)作為21世紀(jì)的新型工程技術(shù)，在建筑行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，而且由于近幾年，在深基坑和滑坡建設(shè)中，存在著嚴(yán)重的穩(wěn)定性問(wèn)題，對(duì)工程的施工帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，由于這種樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，又被引入到了深基坑和滑坡的建設(shè)中，深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)是指將受拉桿件的一端固定在開挖基坑的穩(wěn)定地層中，再在另一端與圍護(hù)樁相聯(lián)的基坑支護(hù)體系。它由被加固土、放置于原位土體中以較密間距排列的細(xì)長(zhǎng)金屬桿件（土釘、錨桿）、附著于坡面的噴射混凝土面板、管樁和深層攪拌樁等組成，形成一個(gè)類似重力式的擋土墻，以此來(lái)抵擋墻后傳來(lái)的土壓力和其它作用力，從而使開挖坡面穩(wěn)定。這樣的支護(hù)結(jié)構(gòu)主要是用在深基坑開挖和邊坡穩(wěn)定的擋土工程。目前由于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，高層建筑的大肆修建，在進(jìn)行軟土地基地挖掘也日益增多，而且隨著各種基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，深基坑支護(hù)技術(shù)因造價(jià)低、穩(wěn)定性好、施工迅速，已經(jīng)被人們大量采用。

2.樁錨支護(hù)體系在深基坑中的運(yùn)用與作用

在基坑工程施工中，如果需要開挖的基礎(chǔ)深度很深，基坑周邊的土容易坍塌。因此，為了保證基坑的穩(wěn)定性，就必須對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)。而樁錨支護(hù)采用錨桿取代基坑支護(hù)內(nèi)支撐，給支護(hù)排樁提供錨拉力，以減少支護(hù)排樁的位移與內(nèi)力，并且將深基坑的變形控制在允許的范圍內(nèi)，由此看來(lái)樁錨支護(hù)體系就是人們?cè)谶M(jìn)行深基坑工程中最好的選擇。

樁錨支護(hù)體系主要由護(hù)坡樁，土層錨桿，圍檁和鎖口梁4部分組成，在基坑地下水位較高的地方，支護(hù)樁后還有防滲堵漏的水泥土墻等，它們之間相互聯(lián)系，相互影響，相互作用，形成一個(gè)有機(jī)整體。因此，對(duì)于深基坑建設(shè)時(shí)，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)還是安全可靠性考慮，樁錨支護(hù)體系都是一種較好的支護(hù)體系。

3.基坑的基本情況

某工程為15層框剪結(jié)構(gòu)，總建筑面積約為35000平方米，基坑西側(cè)與實(shí)驗(yàn)館距離僅1.2m，北側(cè)為圖書館，東側(cè)為宿舍樓。在勘探深度內(nèi)；場(chǎng)地表層為近期人工堆填的素填土，老地面以下為棕褐色沖積粉質(zhì)黏土和黃褐色粉土及沼澤積形成的粉質(zhì)黏土層，其下為沖洪積形成的細(xì)砂和粗砂層，下部為沖洪積形成的圓礫，底部均為太古代混合花崗巖的強(qiáng)風(fēng)化層。穩(wěn)定水位埋深為3.75～4.30re，因基坑施工在枯水期，對(duì)基坑穩(wěn)定性影響不大?；悠骄疃?.0m，西側(cè)支護(hù)形式采用了單支點(diǎn)樁錨式（兩樁一錨），樁長(zhǎng)12m，樁徑0.8m?；禹敳坑?0kPa附加應(yīng)力（基坑毗鄰3層建筑物，按每層附加應(yīng)力為20kPa考慮）?；娱_挖過(guò)程如下：①基坑開挖2m深，稱其為第1階段；②在1.7m處加錨桿并施加預(yù)應(yīng)力；③基坑開挖到設(shè)計(jì)深度7.0m，稱其為第3階段。

本工程在進(jìn)行深基坑挖掘時(shí)，就采用了樁錨支護(hù)技術(shù)，而且由于應(yīng)用的是樁錨支護(hù)系統(tǒng)，在施工時(shí)施工空間很大，為挖土提供了良好的條件，更是因?yàn)闃跺^支護(hù)在進(jìn)行施工時(shí)方便地基的開挖，因此不占用內(nèi)支撐混凝土養(yǎng)護(hù)期，大大地縮短了工期。而且在施工完畢時(shí)，周圍的房屋及道路周邊房屋及道路無(wú)開裂、傾斜。

4.樁身內(nèi)力測(cè)試方案

試驗(yàn)選取基坑西側(cè)12，16，20號(hào)樁進(jìn)行鋼筋應(yīng)力測(cè)試，本文中分別稱其為樁1、樁2、樁3，每根樁臨土側(cè)和背土側(cè)鋼筋分別布置5個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，布置深度（基坑）分別為2.4，3.7，7，9.2，11.4m，總計(jì)30個(gè)，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樁l下側(cè)兩個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)因未知原因失效，故有效鋼筋應(yīng)力計(jì)共28個(gè)。

5.試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1樁身鋼筋應(yīng)力隨基坑深度的變化樁身鋼筋應(yīng)力隨基由增大

在進(jìn)行基坑修建的不同階段，鋼筋應(yīng)力的大小也會(huì)隨著改變，而在同一階段中，不同的兩個(gè)鋼筋它們的受力情況也可能呈現(xiàn)出相反的情況，即一側(cè)受到應(yīng)力壓力，另一側(cè)受到應(yīng)力的拉力。在開始階段支護(hù)樁處于懸臂狀態(tài)，在主動(dòng)土壓的作用下，鋼筋處于受壓狀態(tài)，整體呈現(xiàn)出弓形，但由于冠梁的約束作用，樁頭鋼筋應(yīng)力表現(xiàn)出與整體相反的狀態(tài)，應(yīng)力零點(diǎn)出現(xiàn)在基坑底部附近，然后在中期，由于錨桿彈性支點(diǎn)和主、被動(dòng)土壓力的作用，基坑上部N側(cè)鋼筋處于受拉狀態(tài)，應(yīng)力數(shù)值明顯增大，下部一側(cè)鋼筋處于受壓狀態(tài)，數(shù)值較小，應(yīng)力零點(diǎn)仍出現(xiàn)在基坑底部附近，鋼筋應(yīng)力整體呈現(xiàn)為反“S”形。最后階段，隨著開挖深度的增加，鋼筋應(yīng)力值進(jìn)一步增加，整體規(guī)律較第2階段無(wú)明顯變化，應(yīng)力零點(diǎn)下移至基坑深8m左右。

5.2土壓力隨時(shí)問(wèn)的變化

在實(shí)驗(yàn)中我們可知道，在開始測(cè)試階段，土壓力呈現(xiàn)靜止土壓力特性逐步的增大；在中期，在基坑頂部至基坑底部范圍內(nèi)，土壓力都直線增長(zhǎng)，但值比未加錨前稍小，而基坑底部以下深度范圍內(nèi)，土壓力出現(xiàn)折點(diǎn)；在最后階段，4.7m處土壓力由平滑變化為有明顯折點(diǎn)出現(xiàn)，在基坑底部范圍內(nèi)，土壓力出現(xiàn)峰值。

分析以上現(xiàn)象出現(xiàn)的原因?yàn)椋涸陂_始測(cè)試階段時(shí)，開挖深度較小，開挖上部土體無(wú)側(cè)向位移或位移較小，土體還表現(xiàn)為靜止土壓力特性。然后在中期，錨桿施加預(yù)應(yīng)力后，對(duì)土體的靜止土壓力起到抵消作用，土壓力值略小，但整體變化不大。最后階段，樁后主動(dòng)土壓力全部發(fā)揮，樁前被動(dòng)土壓力也開始發(fā)揮作用，兩者的合力導(dǎo)致土壓力峰值點(diǎn)出現(xiàn)在基坑底部。

5.3樁身彎矩分布及其與理論計(jì)算值的對(duì)比

在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)的土壓力與由鋼筋應(yīng)力反算得到的土壓力分布比較表明，土壓力隨著樁深度的增加逐漸增加，至某一深度達(dá)到峰值再逐漸減小，直到基坑底部整體呈現(xiàn)一豎向拋物線形分布。這樣的非線性分布與樁側(cè)土分層、降雨及施工過(guò)程等影響有關(guān)。由于樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)具有柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)特征，允許土體發(fā)生變形，并同支護(hù)土體做整體運(yùn)動(dòng)，支護(hù)作用損失不大，在基坑開挖過(guò)程中，樁土變形協(xié)調(diào)，導(dǎo)致樁側(cè)土壓力分布與經(jīng)典土壓力理論計(jì)算值不同。

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述我們可以知道，樁身土壓力及鋼筋應(yīng)力內(nèi)力主要受基坑開挖和錨桿及其預(yù)應(yīng)力施加的影響，錨桿預(yù)應(yīng)力施加的影響較大，而且冠梁對(duì)樁身彎矩特別是樁頭部分的影響不可忽略。當(dāng)基坑開挖完成后，樁身內(nèi)力變化不大，樁身彎矩及鋼筋應(yīng)力零點(diǎn)出現(xiàn)在基坑底部以下。因此，我們?cè)谶M(jìn)行深基坑開挖時(shí)，我們要對(duì)各部分的受力情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，這樣才能保證我們?cè)谶M(jìn)行城市建設(shè)時(shí)的安全性，才能有效的推動(dòng)城市的發(fā)展。 [科]