建筑工程深基坑桩锚支护的受力和变形的研究

摘 要：本文主要以我国的某高层建筑工程为例，具体分析深基坑桩锚支护在其中的应用，并通过相应的公式计算，详细探究深基坑桩锚支护的受力和变形特征，再针对其受力和变形特点提出相应的优化建议，以供参考。

关键词：深基坑桩锚支护；受力和变形；建筑工程

引 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。但是在城市不断的开发与建设下，地下环境也越来越复杂，就使得在工程项目深基坑开挖与支护施工过程中遇到的困难越来越大，而对桩锚支护性能与质量的要求也越来越高。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 工程概况

某深基坑支护工程位于城市中心地段，基坑开挖深度在13.16～16.35m之间，地下室3层，基坑面积约在1860m2左右。基坑内土层属于中等硬度土，通过对地质条件的勘测，决定本深基坑支护工程采取桩锚结合型式，一桩一锚，采用人工挖孔作直护桩，预应力锚固，二次压力注浆锚杆。

2 建筑工程深基坑桩锚支护的应用

建筑工程深基坑桩锚支护施工流程主要包括有灌注混凝土桩施工、锚杆施工两大方面：

2.1 灌注混凝土桩施工

灌注混凝土桩施工工序如图1所示。

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[1]。

2.2 锚杆施工

深基坑桩锚支护体系中的锚杆施工工艺主要为定位→成孔搅拌于孔底→将钻杆退出→安放钢绞线→孔内注浆→将钻杆退出→封孔→第二次灌浆（锚杆施工简图如图2所示）。首先，进行定位，在土方开挖边槽后测量标高，并于围护桩上做好记号。钻机准确就位，并于成孔施工前挖好循环浆池及排水沟，保证泥浆排放的合理性。在准备工序完毕后，便可进行成孔作业，成孔作业时根据实际的地质条件，选择最适宜的成孔方式。其次，利用型号合理、强度高、检验合格的钢绞线制作成锚杆体。利用制作好的锚杆进行注浆，并在注浆结束后保证注浆体强度在15MPa及以上时进行锚杆的张拉、锁定作业。再次，再进行腰梁的制作和地锚的张拉作业，腰梁制作时需注意其必须紧贴竖向钻孔灌注桩。而地锚张拉时，需保证各部位的接触紧密，钢绞线完成平直[2]。

3 建筑工程深基坑桩锚支护的受力和变形研究

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。

（4）模型有限元分析。根据Drucker-Prager模型以及开挖模拟的应用，笔者结合先进的软件编制出桩锚支护体系二维平面应变有限元程序，通过此程序的应用，可有效分析各种参数下对支护体系受力和变形的影响。而在本次建筑工程的研究中，就通过相应的室内实测试验来对有限元程序的可行性进行分析，通过分析发现，室内实测试验与有限元程序的分析无太大误差，如图3所示。

4 建筑工程深基坑桩锚支护体系的优化措施

通过严格的分析，笔者认为应用桩锚支护体系二维平面应变有限元程序，可对本次建筑工程中的深基坑桩锚支护的受力及变形情况进行较为准确、全面的计算与分析。并通过分析研究，再采用相应的优化措施对深基坑桩锚支护体系进行合理优化，才能确保深基坑桩锚支护应用的有效与合理，不会因受力而发生严重的变形现象。具体的优化措施如下：

（1）支护桩嵌固深度优化。根据分析得到，若支护桩嵌入土层的深度不足时，桩体本身就很容易受到周围土体压力的影响，导致桩底部受力出现水平位移，从而造成桩体整体偏移。因此，对支护桩嵌固深度进行有效优化很有必要，将嵌固深度增加，具体的增加深度，根据桩底端入土部分不會发生位移，且转动受到一定限制，桩上部跨间弯矩及变形减少等指标进行决定。在增加嵌固深度的时候也需注意，深度增加不得太过，若太过其效果也会受到一定的影响。

（2）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。

（3）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[4]。

5 结束语

综上所述，桩锚支护做为近年来随着深基坑工程发展而产生的一种新型支护体系，其由于具备多种优势，在建筑工程项目中也得到了广泛的应用。但是，在实际的应用过程中，若深基坑桩锚支护的施工措施不合理，很容易因受力问题而造成严重的变形现象，这对支护体系应用的合理性与安全性也会带来影响。因此，在施工时应该对桩锚支护的受力和变形特征进行严格分析和计算，再根据分析结果采取有效措施进行优化，才能保证施工不会发生变形等问题，进而也会促进整个工程项目的顺利施工。

参考文献

[1]李梦云.深基坑桩锚支护结构施工安全监控研究[D].华中科技大学：岩土工程，2009.

[2]罗伟锦，郁文彬.软土地区桩锚支护结构受力及变形分析[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2011，38（7）：63～65.

[3]刘永权.深基坑桩锚支护结构开挖力学效应及稳定性影响因素研究[D].重庆大学：土木工程，2013.

[4]朱桂春，等.深基坑桩锚支护体系的受力变形研究及优化设计[J].安全与环境工程，2012，19（1）：124～128.

作者简介：周峰（1969-），男，高级工程师，大学本科，主要从事项目施工和技术管理工作。