建筑工程深基坑桩锚支护的受力和变形的研究

建筑工程深基坑桩锚支护的受力和变形的研究

于世京

关键词：深基坑桩；锚支护结构；受力和变形

前言：近年来，随着我国建筑的快速发展，深基坑桩锚支护体系在岩土工程中的应用也逐渐增多。为了提高深基坑桩锚支护的有效性，加强对基坑桩锚支护结构与土层之间的关系，以及桩锚支护自身受力与变形特征的研究就很有必要，通过桩锚支护的受力和变形特征等方面的详细研究，才能采取科学的措施优化设计，最终促进建筑工程中深基坑桩锚支护体系应用的合理性与安全性。

1桩锚支护体系的工作原理及特点

桩锚支护体系是深基坑支护结构中非常重要的支护体系，通过体系的工作原理促使桩锚支护结构产生强大的支撑力。桩锚支护体系中土压力作用在支护桩上，传递给锚杆；锚杆受力后通过自由段的变形将力传递给锚固段。因为锚固段与土层锚固在一起，所以两者之间的摩擦力就能够达到较好的传递效应，把荷载传递给周边土体，达到基坑稳定的效果。桩锚支护体系主要是通过护坡排桩与单锚和多锚之间的配合达到一种较好的支护作用，形成一种有效的支护形式。其所具有的特点是其他支护结构所无法比拟的。桩锚支护结构体系具有较好的稳定性，其主要是通过锚杆锚固段与土层之间的摩擦力，以及支护桩嵌入土层之后所形成的支撑力来达到整个结构的支护作用，同时也提供了支护结构强大的稳定性。也正是因为桩锚支护结构的稳定性较好，促使其在应用过程中具有极为可靠的安全性能[1]。

2建筑工程深基坑桩锚支护的应用

2.1灌注混凝土桩施工

首先，根据设计图纸图示尺寸，对固定点或桩位点进行检查，以确认无误后钻机就位，并调整钻杆，保证钻头尖能够与桩位对准。其次，进行成孔作业，钻机钻进到设计的孔底标高后，提钻200~500mm并开始泵送混凝土，泵送混凝土的同时注意一定要匀速地提钻，并始终保持钻头低于灌注混凝土面1~2m左右。再次，钢筋笼吊放，将钢筋笼通过自备的钻机吊钩吊放入孔内，吊放完毕后将钢筋笼固定，并将孔口清理干净，以防止混凝土在初凝前孔口掉入虚土。

2.2土锚位置优化

土锚对于支护结构的变形会产生很大的影响。一般情况下，基坑开挖到7m深度时候，没有土锚的应用，基坑所产生的位移，将会达到369mm，这种位移距离极容易造成周边环境或者建筑物的破坏。而具有一层土锚时候，其位移仅仅移动33.51mm，其位移的距离大大缩短。土锚所插入的深度如果达到5m时候，基坑挖至14m时候，基坑无法维持稳定。由此可见，桩锚支护结构锚杆的设置对于深基坑的稳定性具有非常重要的影响和作用。为了更好地控制深基坑所产生的位移和变形，最好对锚杆进行三层设计，第1层锚杆的作用大些，第2、3层土锚的影响相对而言更小一些[2]。

2.3流程管理工作

合理的设计、施工流程是确保工程施工质量的关键，只有施工队伍按章作业，所用材料符合规定，才可以使得建筑的施工质量最终达标。而基础部分的施工也是如此，岩土工程监理单位利用自身在岩土工程施工中的专业知识和相关技能，密切关注施工过程中的一切流程违规现象，对于错误的施工方法，错误的建筑材料，不含资质的转包队伍等，岩土工程监理单位随时可以向有关单位汇报，防止出现更为严重的施工质量问题。而在没道工序的施工过程中，要求岩土工程监理部门对其施工质量进行管控，防止出现误差累积的现象[3]。

2.4支护桩刚度对支护桩位移所产生的作用

支护桩的直径、混凝土强度等级越大，其支护桩的刚度就会越大。我们在进行试验的过程中，分步对直径为0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2m支护桩使用过程中所产生位移进行计算，其结果便是支护桩的刚度与位移之间呈现出反比的关系，支护桩的刚度越大，其位移就会越小。但是直径0.9可以说是一个节点，在其之后，这种关系的表现则相对而言较小。由此可见，如果需要工程予以更加稳定，为了更好地维持基坑的稳定性，减小其变形，则需要对其支护桩直径予以加大。

2.5依照开挖情况，增加支护桩位移

依照相应的开挖情况，我们可以发现，每进行一步开挖，其对应的就是支护桩位移的增加，在第一步开挖过程中，其位移的增幅最大。因此，在进行实际工程开挖过程中，需要注重做好第一步开挖的深度控制，防止位移产生的过大。土锚的作用情况对于弯矩和剪力会产生影响，两者会产生突变，土锚的作用对于弯矩的影响是促使其最大值变小，其支护结构的产生也更加均匀。分步开挖过程中，土压力会产生相应的变化，这就会让支护位移产生变化，土锚通过受力的不断调整，让同一层土锚在进行不同步骤开挖过程中产生不同的力，并呈现出增大的趋势[4]。

3建筑工程深基坑桩锚支护的受力和变形的研究

当建筑工程深基坑壁采用桩锚支护体系时，其容易因为相应的受力作用，发生三种形式的变形破坏，包括有：个别锚杆或土钉由于抗拔能力不足，被从土体内拉出；由于锚杆或土钉长度不足，基坑边坡土体沿朗肯主动破裂面发生变形破坏；锚杆或土钉与面层钢筋联接不牢固，导致其与面层钢筋拉脱。因此，为能保证该建筑工程深基坑桩锚支护体系施工的安全、合理，于施工全过程中，还要对深基坑桩锚支护的受力和变形特征进行详细研究与分析，以保证施工的合理性与安全性。在本工程中，笔者决定选择Drucker-Prager模型，来对深基坑桩锚支护的受力与变形特征进行分析。第一，支护桩径及桩间距优化。从本次建设工程的实际情况来看，桩径的取值不宜太小，若取值太小，则无法进行合理的配筋。因此，决定对支护桩的桩径进行整体优化，保证桩径均在400mm以上。例如，针对埋深在10~12m之间的基坑，可选择桩径为400~800mm最佳；而针对埋深在12m以上的基坑，则桩径应选择在800~1200mm之间最佳。此外，对支护桩间距的选择也尤为重要，根据工程实际，合理的设计支护桩间距，对保证桩间土拱效应的发挥，以及规范桩间土的可能剥落区域可起到十分显著的效果。第二，锚杆的参数优化。基于施工现场土层的性质以及锚杆的倾角对锚杆极限承载力造成的严重影响，利用科学的理念对锚杆参数进行合理优化也很重要。例如，在锚杆长度在一定的范围内时，可通过适当地增加倾角，以有效提高锚杆的极限承载力。且需注意的是，为考虑施工成本，在实际的深基坑桩锚支护施工作业中，尽量不要以增加锚固段直径来提高锚杆极限承载力。利用增加倾角的优化措施，便可有效的提高锚杆的极限承载力，且该措施还具有经济理念，实为可行、有效的优化手段。

总结：

深基坑桩锚支护结构的受力和变形情况与很多因素有关，比如土层锚杆及其位置、分步开挖深度、支护桩刚度等等，只有对其相关因素进行深入探究和分析，让影响因素能够减少对支护结构的受力和变形影响，才能够更好地发挥桩锚支护结构的作用和价值，才能够保证其在深基坑施工作业中产生更大的安全、稳定效应。

参考文献：

[1]张迪.复杂环境下深基坑支护优化设计研究[D].西安工业大学，2017.

[2]余宏远.某工程深基坑土钉和桩锚联合支护现场监测与数值分析[D].兰州理工大学，2016.

[3]陈玉超.复杂地质条件下桩锚支护基坑变形与稳定分析[D].石家庄铁道大学，2016.

[4]周峰.建筑工程深基坑桩锚支护的受力和变形研究[J].中华民居(下旬刊)，2014(03):192-193.