单支点桩锚土钉联合支护在云南某深基坑中的应用

梁铭+张绍和+舒彪+匡立新

【摘 要】在城区对深基坑进行支护时，因地质和施工条件复杂，单一支护方式往往难以满足基坑的变形与稳定性要求。单支点桩锚土钉联合支护结构作为一种复合优势明显的组合支护方式，可有效控制基坑变形、减少施工难度。但目前该方法的设计理论尚未成熟，限制了其工程应用推广。利用工程类比法，基于前人研究的土压力分配模型，结合规范及相关研究理论将其运用于云南某深基坑支护设计中，分别就桩锚结构及土钉结构部分进行了设计计算，并根据规范要求对其进行了安全性验算，确定了该方法的适用性及此设计思路的可行性。

【关键词】联合支护；深基坑；土压力分配；基坑设计

【Abstract】Due to complicated geological and construction conditions in urban district，single support methods usually cant meet the deformation and stability requirements of deep foundation pits.As a competitive combined supporting method，single fulcrum pile-anchor and soil nailing supporting system can effectively control deformation of foundation pit and reduce the construction difficulties.However，this method of design is not yet mature， which limits its promotion.Therefore，base on engineering analogy method，soil pressure distribution model of related research and regulations，the method mention above was applied to a deep foundation pit supporting design in Yunnan province.In this paper，the pile-anchor and soil-nailing part was designed respectively，and then the safety checking was carried out in accordance with specifications，thereby the applicability of the method and the feasibility of the design were identified initially.

【Key words】Composite supporting system；Deep foundation pit；Distribution of soil pressure；Design of foundation pit

0 前言

随着地下空间开发不断深入，城区内地下管网交错、周边建筑密集等条件使传统单一支护形式逐渐难以满足基坑稳定等要求。发展复合围护结构成为了深基坑支护技术发展的方向[1]。王媛媛等[2]指出微型桩+预应力锚杆+土钉的异性复合支护方式较为可靠，但设计上仍缺乏有关理论。马平等[3]采用FLAC3D分析指出分别计算法使单独土钉设计偏于危险，而单独桩锚设计则偏为保守。因此需对联合结构中各部分受力分配进行进一步研究。郭院成等[4-5]指出锚杆预应力及桩身刚度对土压力分配有较大影响。刘建伟[6]以变形协调法得出了土压力分配系数的取值范围。李峰[7]推导了考虑时变效应的土压力估算公式。由以上可知，单支点桩锚与土钉在竖向的联合方式可控制基坑变形和减少施工难度，在河南粉土地区取得了较广泛的应用。因此针对云南陆良县城区内某大型粉土深基坑，拟采用此支护结构进行支护设计，探究该方法在该地区的适用性及设计思路的可行性。

1 工程地质及条件

1.1 工程概况

拟建场地位于云南省陆良县，规划总用地面积为62603.26m2，预计开挖深度为现地表以下10.0m。安全等级为二级。区域地层岩性构成可分为3个单元层。由于本基坑平面类似一矩形，計算方法类似，故以基坑西侧为例给出设计思路。主要计算地层参数见表1。

1.2 方案论证

本工程地处城区中心，支护首要目标为控制位移及变形量。土钉结构难以控制变形首先不予考虑。桩锚支护结构可较好控制基坑变形，但基坑较深需加长锚杆以提供足够预应力，但城区地下可利用空间有限。故考虑将锚杆土钉进行联合支护。一方面，土钉土体间的摩擦力可减少桩体受力而减少桩长和预应力；另一方面，桩锚结构可使土钉结构稳定性更易满足要求。结合河南相似土层分布地区已有经验，拟采用桩锚与土钉的竖向联合的支护方式。刘建伟[6]给出了相应设计计算参考。土压力计算采用朗肯土压力理论，墙后均布荷载取20kPa/m。

同时为避免地面沉降于桩后施工止水帷幕进行止水。

2 方案设计

2.1 土压力分配模式

2.4 土钉设计

由2.3得土钉承担土压力为总土压力的0.2倍。在土钉设计中取滑动面与水平面夹角为，依照规范进行计算。其余设计如配筋等参考相关规范。

经计算得：排桩桩径800mm，间距1.5m，桩长15.5m，采用C25混凝土，纵筋10C18，箍筋8@200；锚杆位于自然地表下2.5m，直径32mm，采用HRB400号钢筋，水平间距1.5m，杆长20m；土钉自自然地表3.9m处向下共设置5排，直径16mm，采用HRB400号钢筋，水平间距1.5m，竖直间距1.4m，杆长9m。

桩后采用落底式止水帷幕布置于基坑四周，桩径800mm，桩距550mm，搭接长度250mm。基坑西侧支护布置见图2。

2.5 联合支护结构安全性验算

将联合支护结构整体视为带水平力的重力式挡土墙，采用圆弧条分法进行整体稳定性验算。经验算得最小安全系数为1.43，满足规范要求；抗隆起验算安全系数为2.91，满足要求。

经计算得基坑西侧锚固点的侧移值为5.42mm。符合规范要求。

3 结论

单支点桩锚土钉联合支护结构可有效控制基坑变形及减少地下空间利用，本文通过实例计算验证了该种复合结构的适用性及设计可行性。但土压力具有时效性且各部分承担比例随着结构变形产生变化，尚缺乏系统的计算过程。此外还需进一步探究各种复合形式，逐步完善桩锚土钉联合支护结构设计理论。

【参考文献】

[1]王光远.论时变结构力学[J].土木工程学报，2000（6）：105-108.

[2]王媛媛，秦四清.土钉与复合土钉支护结构数值模拟对比分析[J].工程地质学报，2006（2）：271-275.

[3]马平，申平，秦四清，等.深基坑桩锚与土钉墙联合支护的数值模拟[J].工程地质学报，2008（3）：114-120.

[4]郭院成，秦会来，王立明.桩锚与土钉联合支护结构中的土压力分配模式[J].郑州大学学报（工学版），2004（3）：52-55.

[5]郭院成，李峰，刘建伟，等.桩锚与土钉联合支护结构的土压力分配机制[J].河南科学，2006（4）：564-566.

[6]刘建伟.桩锚与土钉联合支护结构土压力分配机制研究[D].河南郑州：郑州大学，2006.

[7]李峰.桩锚土钉复合支护基坑施工时变力学研究[D].河南郑州：郑州大学，2010.

[责任编辑：田吉捷]