针对深基坑桩锚支护结构的研究

王园园

摘 要：深基坑工程是由土方开挖和基坑支护组成的综合性很强的系统工程。土方开挖是在红线内地表以下挖出的地下空间，深基坑支护则是为确保土方开挖作业顺利施工的临时性防护工程，所以深基坑支护一方面确保基坑的安全稳定，另一方面还要防护基坑周边的土地沉降及减少對周围环境的破坏。桩锚支护结构是上世纪八十年代发展起的一种新型抗滑结构，在深基坑整治中得到了广泛的应用，本文参考了相关的资料，在前人的研究基础上对深基坑桩锚支护的效应、桩锚支护结构及稳定性进行了相关的研究，为其应用和工程实践提供一些可供参考的理论基础。

关键词：深基坑 桩锚支护 稳定性

引言

近年来随着城市的快速发展，高层建筑、地铁、市政工程以及地下空间的开发规模也随着扩增，深基坑工程也因此急剧增加。深基坑的开挖和支护结构的设计受诸多因素影响，难度甚大，而由此引起的环境问题、工程事故不仅对安全施工造成威胁，造成人员伤亡和经济损失，还影响道路交通、通讯、电气供应等城市的基础设施，引起社会混乱，因此，如何保证深基坑支护的先进、安全、合理就显得尤为重要。桩锚支护结构是一种复合型支护结构，可用于较深的基坑，整体性能良好，且占地少，施工方便，造价低，已经成为目前基坑支护的常用方法。

1深基坑桩锚支护结构的特点

桩锚支护是由桩和锚共同组成的基坑支护体系，锚杆的一边与挡土桩结合，另一边则固定在土层中，利用了土层的锚固力来维持桩的牢固性。这种支护方法特点如下：

1）桩锚支护釆用排桩作为挡土结构。将钢筋混凝土倒入排桩的顶部制成冠梁，中间可用圈梁连接。这样可以有效防止桩顶变形，也可以将桩联结成一个整体。当排桩插入基坑坑底适宜深度时，其所受的被动土体压力可以抵消一部分主动土压力和地面荷载等侧向压力；由于桩体混凝土强度较高，且又配置了一定数量的钢筋，这都使排柱结构得抗压能力较强，可用于较大程度的深基坑开挖作业。

2）桩体根据水平和垂直方向上的间距，提前在锚杆或锚索上施加压应力，并和横梁一起拖住桩体，共同作用以减缓基坑边坡的变形，保证边坡的整体稳定性，在支护结构中发挥主动作用。

3）土层锚杆的施工是在地面或者较深的土层，用机械钻孔工具打孔，并在孔内放入钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线或其他抗拉材料，最后灌入水泥浆或化学浆液，以此来增加材料的牢固度，主要利用锚固体和土体、拉杆与锚固体彼此之间的摩擦力，以及拉杆强度的共同作用，将构筑物受到的外力借助钢拉杆传给稳定的土层，以保障深基坑的稳定性。

4）为了在锚杆周围的岩石或土体中形成压应力区，增大滑动面上的抗剪阻力及正应力，使非稳定性土体的下滑力变小，要对锚杆（索）施加一定的预应力。由于锚杆可以通过在锚固端施加预应力减少桩身位移及最大弯矩，从而减少桩的入土深度和桩身的配筋。同样由于锚筋施加了预应力，减少了土体剪切变形，同时锚固段内锚固体与岩土间也发生了剪切变形，因此，基坑变形相应减小。

5）锚杆要有一定的覆盖深度和抗拔力。有机质土，以及含水量高、抗剪强度低的软弱土层，因抗拔力太低，不适合采用永久性锚杆。釆用临时性支护时，应对其进行相应处理后才行，不然则不宜采用。

6）设计基坑土层锚杆时，首先要确定锚杆的位置布置，即锚杆的层数、锚杆的水平间距和锚杆的倾角等。锚杆预应力大小和作用位置可根据工程实际情况进行调节，方便施工。

7）基坑采用桩锚支护时，主要优点是开挖效率高。施工方便，可用于较深的基坑。但对水泥和铜的材料消耗量较大，应根据施工现场具体情况具体分析，在施工成本和安全条件允许的前提下确定其可行度。

2 桩锚支护结构的作用机理

排桩支护结构对开挖的深度的要求较高，当进行较深度的开挖作业时，若埋入基底过深则引起造价太高，埋入过浅则又容易造成基坑稳定性失衡。如若支护结构本身易产生较大的变形，会对相邻建筑物产生不良影响。因此，只有在基坑的土层质量较好且开挖深度不太大的基坑工程中才会考虑单独采用排桩支护结构。对深基坑支护体系常釆用桩锚支护结构。

在基坑土层的开挖作业中，土层状态会发生变化，同时也会引起土体的侧向位移。为应对桩体收到的这种侧向压力，需选用强度较好的锚杆，使其在水平分量上的受力与侧压力平衡。当加大基坑的开挖深度时，土体中的剪应力也相应增加，因而土体以及基坑桩锚支护结构是以一种复杂的形式产生变形。与变形有关的因素主要有锚杆、桩体和土体的刚度以及屈服性能等。

随后安装第二层锚杆，并在锚筋上施加一定的预应力，以有效的控制土体的变形。然后再往下开挖基坑时，上部已施工的各层锚杆都发挥作用，基坑保持稳定状态。最后当基坑挖至预定深度时，就会形成一个能保证基坑安全稳定的支护体系。从上述分析可知，锚杆和被动土压力一起抵抗桩体所受的主动土压力。当后者小于或等于前者时，桩体及土体不会发生侧向位移，基坑处于稳定安全状态；反之支护体系失效从而引起基坑失稳。桩锚支护结构要确保支护效果的正常发挥，另外还需桩体本身强度达标，否则会在使桩体挠度过大，或出现剪切破坏。

3被链杆支护结构的破坏形式

桩锚支护结构的破坏形式主要有稳定性破坏和强度破坏两种。

3.1稳定性破坏

1）在基坑开挖较深时，基坑底部受到来自坑外的土压力较大，如果基坑自身顶部有较大的承载力，或者在基底有较弱地层、锚杆提供的拉力不足等情形下，都可能引起基坑侧面的土体整体出现滑动失稳的现象，此时土体推动桩脚外移，整个支护体系沿最易破裂的缝往下往外移动。出现前两种情况时，可能会导致基坑出现底部往上凸起的情况。

2）在地下水位较高时，由基坑开挖造成坑内外的水压力差，使地下水经墙体底部从基坑底面涌出，出现管涌或流砂的现象。

3.2强度破坏

1）由于地面荷载或土压力使拉杆断裂或腰梁破坏，桩墙外土体向基坑内侧倾倒。

2）如果桩体入土深度太浅，而开挖深度太大，桩体底部承受土压力过大，使桩的底部朝外移动。

3）由于桩体配筋不够或是因不当，在土体水平压力作用下，容易出现披体受弯破坏。

4 被描杆支护结构的影响因素

4.1土体的物理参数及地下水位

深基坑的土层物理力学参数包括土体的内摩擦角、凝聚力及土体的重度等等，这些因素决定着土体主动压力和被动压力的值，土体中地下水位的高低直接影响土体主、被动压力的实际大小，它们都是桩锚支护的关键因素。

4.2基坑深度和形状

深基坑开挖深度和形状，对基坑土压力的大小和分布形式有直接的关系，影响桩锚支护结构的受力和位移。因而要求在进行桩体和锚杆设计时要根据基坑的深度和形状来综合考虑。

4.3排桩旳设计

支护桩的截面形式有方形、圆形等，根据排桩间距和受力大小，确定支护桩的半径及配筋的大小、根数和间距，桩体混凝土的强度等。桩体的设计方案关系到支护桩体本身的强度、刚度、桩体极限抗弯承载力的大小。桩间距的大小则跟每个桩体所需要承受土侧压力的大小密切相关。

5 结束语

本文对深基坑桩锚支护的特点、作用机理、稳定性及影响因素做了简单的理论分析，但理论是抽象的，深基坑桩锚支护工程的理论只有和实践结合才能体现其价值，才能全面反应实际工程中的各种变化状况，也只有经过实践才能制定出规范的章程，保证深基坑桩锚支护设计的准确性和安全性，为理论应用和工程实践提供合理、科学的指导。

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