桩锚基坑支护的现场监测及分析

王凯

（太原理工大学建筑设计研究院，山西太原 030024）

0 前言

十九大以来，我国经济迅猛发展，城市人口越来越多，城市土地价格也在不断攀升。基坑工程也因为位于市区核心，场地有限，而基坑又深又大，工期紧张，对基坑支护的施工技术要求也越来越高，此时桩锚支护成为基坑支护设计时的首选。

桩锚支护是由排桩和预应力锚索组成，两者共同承受基坑外土体的下滑力，以保证基坑整体性、稳定性及安全性。本文通过对太原市某基坑工程现场监测结果进行分析，研究深基坑桩锚支护的变形规律。

1 工程概况

1.1 工程简介

该项目工程位于太原市南中环街与长治路交叉口西南角，东邻汾河。该项目地下3 层，地上1# 塔楼26 层，建筑总高度110.40m；2#塔楼22 层，建筑总高度99.60m。1#、2#塔楼地上部分通过五层裙房连接，形成双塔结构体系；另外，还建有高度1为70～90m 公寓与办公楼四座。该项目基坑东西长约270m，南北宽约145m，开挖深度15.3m，局部电梯等基坑开挖深度达到19m，重要性等级为1 级。

1.2 工程地质及水文地质概况

根据地勘报告可知，支护范围内主要是杂填土、粉土、粉质粘土及粉砂；场地地下水位约地表下6.0m，如表1 所示。

2 基坑支护方案

该工程支护方案如下：①在上部5.4m 深度范围支护：为1:1自然土坡，平台宽度5m；或为1:0.46 坡度的土钉墙，土钉矩形布置，间距1.5m×1.5m；②下部10.2m 范围支护：灌注桩加两道或三道连续连续梁并用锚索锚固，灌注桩1、2 桩径为800mm，桩间距为1.5m；灌注桩3 桩径为900mm，桩间距为1.5m；连续梁截面为500mm×1000m；锚索采用 4（5）s15.2 钢绞线，间距为 1.5m 或3.0m，入射角度 15°，如图 1、图 2、图 3 所示。

表1 土层岩土物理力学性质

图1 基坑内部支护结构的平面布置

3 基坑监测及其分析

为确保支护结构的稳定与安全，确保基坑周边建筑物、道路的安全和正常使用，对该基坑进行现场监测。此次检测分析仅包含该项目的一期工程。监测主要内容有：支护结构顶部水平位移、深层土体水平位移、周边土体竖向位移、支撑轴力。监测结果及分析如下：

图2 支护结构1-1 剖面

图3 支护结构2-2 剖面

3.1 支护结构顶部水平位移

图4 为基坑在施工阶段支护结构顶部水平位移随时间的变化情况（本文以支护结构顶部向基坑内的位移为正值）。由图4曲线可知：①随着施工的不断进行，支护结构顶部的水平位移也不断的增大，变化趋势为，前2 个月水平位移增长比较缓慢，在第2 月到第6 个月，支护结构顶的位移增长最快，在6 个月以后，支护结构顶的位移增长趋势变缓，直至趋于稳定，其中最大值产生在S5 观测点，最大值为36.7mm；②比较S2 和S5，W2 和W5 可知，由于空间作用，基坑中部的水平位移要大于基坑角部的水平位移；③对比N2 与N5，在N2 北侧有一4 层酒店，使N2北侧的荷载增大，使得N2 的支护结构顶部位移要大于N5 的位移；④在整个施工阶段，支护结构顶部水平位移均为超过报警值45mm。说明该基坑支护方案可靠合理。

3.2 深层土体水平位移

图4 支护结构顶部水平位移随时间变化

图5 为深层土体水平位移随深度的变化情况。（本文以深层土体向基坑内的位移为正值）。深层土体水平位移是通过埋设在支护墙外侧土体中的测斜孔进行监测，主要了解随着基坑开挖深度的增加，支护结构不同深度水平位移变化情况。由图5 曲线可知：①在埋深1m 的位置，出现了深层土体水平位移的最大值，最大位移值为31.9mm；②深层土体的水平位移的变化趋势为先减小，后增大，再减小的趋势，在埋深7m 的位置，位移出现极致点，在埋深9～12m 的位置，深层土体的水平位移，趋于稳定；③在整个施工阶段，深层土体水平位移未出现为超过报警值35mm，说明该基坑支护方案可靠合理。

图5 深层土体水平位移随深度变化

3.3 周边土体竖向位移

图6 为基坑在施工阶段周边土体的变化情况。（本文以周边土体向下为正值）。由图6 曲线可知：①随着施工的不断进行，周边土体的竖向位移也不断的增大，变化趋势为，前2 个月水平位移增长比较缓慢，在第2 月到第8 个月，周边土体的竖向位移增长最快，在8 个月以后，支护结构顶的位移增长趋势变缓，直至趋于稳定，其中最大值产生在L3 观测点，最大值为21.3mm；②比较L1、L2、L3 三个观测点位的周边土体的竖向位移值，为L3＞L2＞L1，这主要与采取基坑支护方式有关，同时，由于南侧紧邻道路，且建筑物较多，使南侧的周边土体竖向位移值较大；③在整个施工阶段，周边土体的竖向位移均为超过报警值25mm。说明该基坑支护方案可靠合理。

3.4 支撑轴力

图7 为基坑在施工阶段支护结构支撑轴力移随时间的变化情况（本文规定拉力为正值，压力为负值）。此次水平轴力的监测，主要对支护结构中水平内支撑进行监测。由图7 曲线可知：①随着施工的不断进行，支护结构的支撑轴力也不断的增大，变化趋势为先增长较快，随着施工的进行，增长速度减缓，直至趋于稳定。观测点MS1 和观测点MS3，该趋势较为明显。在观测点MS5 处，在第三个月支护结构的支撑轴力增长突变，这是由于出现自来水管破裂，周圈土体渗水的情况，在发现后，各方采取有效措施，但该出的支护结构的支撑轴力增长较为明显，最后，该轴力也趋于稳定；②比较MS1 和MS3，南侧的支护结构的支撑内力较大。主要是因为南侧的荷载大于北侧；③在整个施工阶段，支护结构支撑轴力（除观测点MS5 外）均为超过报警值设计轴力的60%。说明该基坑支护方案可靠合理。

图6 周边土体竖向位移随时间变化

图7 支护结构支撑轴力移随时间变化

4 结论

本文以太原某深基坑桩锚支护的工程为基础，通过对现场监测数据的分析，得出如下结论：

（1）灌注桩与锚索相结合的桩锚支护体系在深基坑支护中能起到较好围护作用。该结构受力明确，施工方便，而且对周围环境影响较小。

（2）随着施工的进行，基坑越挖越深，支护结构顶部的水平位移也逐渐增大，呈现为开始增长较缓，后增长较快，最后趋于稳定的趋势，但是这种稳定在一定范围内是波动的。基坑周边建筑物的自重及地面堆载会对支护结构顶部的水平位移造成影响，使得支护结构顶部的水平位移增大。

（3）在基坑开挖工程中，深层土体的水平位移出现在埋深1m的位置。深层土体的水平位移的随深度变化趋势为先减小，后增大，再减小的趋势。在埋深7m 的位置深层土体水平位移会再次变大，出现极致点。

（4）随着施工的不断进行，基坑越挖越深，周边土体的竖向位移也在不断的增大，变化趋势为，后增长较快，最后趋于稳定的趋势，但是这种稳定在一定范围内是波动的。基坑周边荷载对周边土体的竖向位移影响较大。

（5）在施工的过程中，桩锚支护体系中锚索主要是承受拉力的，随着基坑越挖越深，拉力也不断增大直至趋于稳定，但是这种稳定在一定范围内是波动的。基坑周边环境对锚索拉力影响较大。

（6）在整个基坑施工过程中，围护结构总体存在一定的变形，因此，基坑开挖中应尽可能加快开挖速度，减少基坑无支护暴露时间，合理安排开挖次序。

（7）基坑施工过程中，由于对围护结构和周边环境进行了变形监测，及时反馈信息，指导施工工作，因此，基坑变形监测是保障工程施工安全，减少经济损失，同时是验证围护设计准确性的不可缺少的强有力手段。