复杂地质条件下桩锚支护基坑变形与稳定分析

复杂地质条件下桩锚支护基坑变形与稳定分析

车德宽

身份证号： 23023119930824****

摘要：近年来，随着城市建设的不断发展，我国建设了许多地下工程，如地铁、地下商场等。基坑支护是地下工程建设中经常涉及的问题。虽然我国基坑桩锚支护设计理论已经相当成熟，但在一些土岩二元结构地区，由于土体与岩体的物理力学性质差异较大，桩锚支护在土岩二元结构地区的设计理论和经验仍然非常匮乏。然而，相关文献很少，因此，研究和分析岩土二元结构地区桩锚支护结构的变形和稳定性具有重要的现实意义。

关键词：深基坑；变形分析；土岩二元地区

1.基坑桩锚支护结构的工作原理和变形特性

在基坑周围土体和周围施工荷载的作用下，桩会沿水平方向向内移动，基坑底部以下的岩土不仅会对支护桩产生被动土压力，还会抵消一些对支护桩的主动土压力。此外，设置在腰梁处的锚索也可以限制围护桩的大位移。因此，桩的主动土压力由桩埋深内的被动土压力和锚索预应力共同承担。因此，桩锚支护对基坑变形有很好的抑制作用。因此，基坑开挖过程中应连续测量基坑位移，以保证基坑工程的稳定性和施工安全。

支护桩内部土体开挖后，会将支护桩内部原有的土压力清除，但桩外土体会对支护桩施加主动土压力，在埋深范围内产生桩内被动土压力，导致基坑周围岩土体变形，也造成支护桩变形。支护结构外的岩土体向内移动，使桩后土的应力减小，剪力增大，从而形成岩土体的塑性区。相反，开挖面以下的岩土会向内移动，导致坑底以下岩土的应力和剪切力增加，产生隆起。基坑的变形结果主要体现在基坑底部岩土体的隆起、拱梁的侧向位移和拱顶外表面的沉降位移。

2基坑桩锚支护工程案例分析

2.1工程概况

新建张家口市桥东区水泉沟国家保障性住房项目栖凤苑小区位于张家口市东外环龙泉广场以东，紧邻张承高速公路，分布在张承高速高架桥下偏西，东山脚下。拟建栖凤苑小区16楼，地上 1~2 层，建筑面积大约为200m²，总高度约 6 m，条形基础剪力墙结构，基础底绝对标高为 877.5~879.9m，本次 16#楼工程的建筑物级别是三级，建筑场地级别是二级（中等复杂）、地基基础级别为二级（中等复杂）。既有保障房15楼，位于16楼北侧，地上 11 层，框剪结构，地下 1 层，筏板基础，基础底绝对标高为 885.2 m。16楼基坑距离 15楼较近，平面距离 4.0~11.0 m，15楼基底高于16楼，基底高差 3.7~7.7 m，16#楼基坑在施工过程中，16楼基坑施工对15楼的稳定性产生不利影响，16楼基坑安全性级别为一级。为保证15层整体稳定，保护15层不倾翻，需对16层基坑采用桩锚支护结构进行加固。为保证16号楼基坑支护工程施工过程中基坑边坡的稳定，需要对基坑支护结构的变形进行测量，主要针对16号楼桩锚支护结构的水平位移、垂直位移和沉降位移。通过对测量结果的整理和计算，研究了施工过程中开挖深度与岩土体和结构变形的规律。充分论证了支护方案的可行性，可为今后类似基坑提供参考。

2.2地质概况

拟建场地位于张家口市桥东区水泉沟，张承高速公路西侧，地处山前坡冲裙地貌单元。根据业主给出的本基坑工程岩土工程勘察报告，在建筑场地的勘察深度范围内，可根据年龄、形成原因、力学性质、深度、岩土体物理力学性质等划分岩土体。岩土体可分为:①素填土②全风化安山岩③强风化安山岩④中风化安山岩。

在这次地质调查中，没有发现地下水。根据该区水文资料，地下水位一般在地表以下70.00 m左右，对应绝对高程802.069 m，该场地下水属于基岩裂隙水，补给方式以大气降水为主。径流方向由西北向东南，年平均水位变化在1.00 m左右，过去最高水位约65.00 m，相对于绝对高程约807.069 m。近年来，最高水位约为68.00米，相对于绝对高程约为804.069米。通过对建筑物基础深度的综合分析，地下水对基坑支护工程的影响可以忽略。基坑施工现场无盐渍土，基坑附近无污染源，可以判断该土对钢筋混凝土有轻微腐蚀性。根据该地区土壤的地质和水文条件以及《建筑抗震设计规范》中的分析计算，发现土壤不会发生振动和液化。

2.3基坑的监测

2.3.1基坑的竖向位移监测

(1)沉降观测标的布置

所有测量的基准点应设置在工程施工影响范围以外的隐蔽处，且基准点应长期稳定。根据场地条件，未选定三个基准点（JD1、JD2、JD3），三个基准点为高程控制基准点，主要用于基坑沉降变形的观测。三点相互独立，相互校核，避免现场施工时因基准点损坏而影响沉降观测，建立合理稳定的监测体系。根据相关变形测量规范，在15楼周围设置13个沉降观测目标，在天车梁顶面设置6个沉降观测目标。

(2)观测频率与观测时间

变形测量应在基坑开挖和回填结束时开始。对于一些对周围环境影响较大的高度重要的基坑，应待基坑几乎没有变形后再进行测量。变形测量的频率应综合分析项目的重要性、基坑开挖的步骤、周边地下管线的影响、天气等。如果测量结果变化较小，可以降低测量频率。根据相关规范，基坑开挖过程中的测量频率为2-3天一次。当位移变化率或位移较大时，应每天观察一两次。基坑使用期间，应每4-5天观察一次。回填后，每月对基坑进行一次监测，直至基坑及周边建筑物变形稳定。

2.3.2基坑的水平位移监测

(1)水平方向位移观测标的设置

由于现场条件和观测仪器设备的限制，采用视线法（wy1、wy2、wy3和wy4）监测冠梁的水平位移，采用正交路径法监测桩身（wy5和wy6）和15#建筑物（wy1和wy2）的水平位移。水平位移控制基准点采用强制对中装置对观测墩（编号wy1、wy2、wy3、wy4、wy5、wy6）进行对中。在护坡桩顶梁上设置10个水平位移监测点，安装在顶梁顶部，实时观测顶梁的水平位移。选择桩和15#建筑物上的几个固定点作为前交点，观察桩和15#建筑物的水平位移。

(2)观测频率与观测时间

所有观测点、强制对中墩的安装埋设在基坑开挖前完成，并测得各项目的初始值。具体测量次数和测量时间可根据现场情况、现场施工进度、实测结果并按相关规范执行。

总结

在岩土二元结构地区，当土体与岩体之间存在一定的滑动面时，基坑桩锚支护结构的桩身最大变形通常发生在土体与岩体的交界处。基坑附近的土体和土体的变形主要发生在土体中，而岩体中的变形很小，土体可能沿着岩体和土体之间的滑动面滑动。建议今后类似基坑工程应加强对这部分的监测。

增加锚索的预应力主要是减小桩中部的水平位移，对桩两端的水平位移影响不大。此外，随着锚索预应力的增加，桩身水平位移越来越小。最后，支护桩的位移基本不随预应力的增加而变化。因此，在今后类似基坑支护工程中，建议在锚索最终锚固力的允许范围内，适当增加锚索预应力，以减小桩身水平位移。

参考文献

[1]袁金荣，赵福勇.基坑变形预测的时间序列分析[J].土木工程学报，2008，5(12)：36-6.

[2]严薇，曾友谊，王维说.深基坑桩锚支护结构变形和内力分析方法探讨[J].重庆大学学报，2008，31(3)：344-348.

[3]杨春发，张括.多支点锚桩支护结构计算方法及锚点位置优化的探讨[J].水利与建筑工程学报，2008，6(2)：81-83.

作者简介：姓名：车德宽，性别：男，民族：汉，籍贯：黑龙江省，学历：本科，职称：初级，研究方向：建筑工程