某桩锚支护基坑现场监测与分析

摘要：对某桩锚支护大型基坑不同部位锚索内力、桩身水平位移、支护结构上的土压力等进行了监测。通过实测资料的整理与分析，结果表明：锚索内力的变化可分为内力损失、增长和稳定三个阶段，张拉锚定之初往往应力损失较大，基坑空间效应对不同部位锚索内力影响显著，稳定后的锚索拉力在正常固结砂土、圆砾层中不再随时间而变化。基坑开挖结束之初支护桩后土压力增加显著，而后渐趋稳定，实测总主动土压力只占朗肯理论计算值的75%左右，锚索的设置对减小支护桩侧向位移起到了积极作用，平面异形基坑的阳角效应明显。本文的测试结果及其所揭示出的规律，对桩锚支护基坑设计理论的进一步完善以及类似工程的设计与施工具有重要参考价值。

关键词：桩锚；基坑；监测；空间效应

1工程概况

1.1地质条件

某大酒店地上15层，下设整体地下室3层，基坑开挖深度在7.2～12.9m之间。地下室南侧外边缘距市区道路约19.5m，其余三侧距离规划红线8.5～11.5m，均紧邻既有建筑物。场地原始地貌单元属滨海一级阶地，建筑场地呈北高南低之势，高差在4m左右。实测地下水位在勘察期间其埋深约2.30～7.60m。经勘察揭露，场地自上而下第1～6层分别为：细砂、圆砾、粉砂、淤泥质粉质黏土、中砂和粉质黏土，经统计分析后的各土层物理力学性质参数标准值见下表。

1.2支护方案

对基坑不同部位采取分段设计的总体方案：基坑上部采用放坡挖土法，其下设置桩锚支护结构，基坑平面布置如图1所示。

支护桩采用直径1.0m的钻孔灌注桩，设计桩长、桩间距分别为23.1m和1.4m，以第5层的中砂层为桩端持力层。在支护桩顶部设置截面尺寸为1.2m×0.8m的钢筋混凝土冠梁，支护桩间设置单排水泥土搅拌桩止水帷幕，采用一桩一锚，设置3道预应力锚索，其横向间距与竖向排距分别为1.4m和4.0m。

2监测结果与分析

图2给出了部分剖面及各类监测点的平面布置示意。

自基坑土方开挖开始，分别对不同部位锚索所受拉力、桩顶和桩身水平位移、支护结构上的主动土压力强度值等进行了全程监测。

2.1锚索拉力分析

图3分别为首道ZL02、ZL07、ZL08、ZL13等4个监测点的锚索内力随时间的变化过程，各道锚索预加的最大拉力值分别为310kN、295kN、285kN和380kN，在预加张拉力作用下，锚杆位移和测力计读数均能维持稳定。各锚索张拉完成后2周左右的时间，对锚索应力进行首次监测，之后，每隔1～2天监测1次。

由图3的锚索拉力变化情况看，其内力的变化将经历内力损失→增长→趋于稳定三个阶段。锚索预加力施加后的初始阶段，应力损失较大，由首次监测结果可知，4个监测点的锚索拉应力损失分别达到了8.2%、16.7%、12.3%和14.6%。随着基坑开挖，基坑坑壁土中应力得以释放，土体侧向变形随之增大，锚索受力由主动受力逐渐向被动受力状态转化，锚索拉力明显增大，基坑开挖支护完成一段时间后，支护结构与土体间的相互作用逐渐趋于稳定，锚索内力亦将趋于稳定值。

从各监测点所处的平面位置来看，ZL02位于西北侧坑边中点，ZL13位于基坑阳角，ZL07位于基坑阴角，角度约70°，ZL08位于基坑阴角，角度约110°。稳定后的锚索内力值为ZL02与ZL13两点处最大，ZL08点处居中，ZL07点处最小，这也充分说明基坑工程具有显著的空间效应。

2.2土压力分析

采用挂布法，在图2中的A1～A3、B1～B3、C1～C3区域处各选一根试验桩，将土压力盒测压面朝土体一侧、绑扎在支护桩的钢筋笼上，以便对桩侧主动区的土压力进行现场监测。图4为基坑开挖结束后，C测试点不同深度处主动土压力强度随时间的变化，3个土压力盒分别埋设于支护桩桩顶下5m、7m和10m的位置。图5为实测与Rankine理论主动土压力强度值的比较。

由图4可见，不同深度处土压力随时间的变化规律与图3所揭示的锚索受力规律是一致的。基坑开挖结束后的早期，坑壁土体因在水平向失去侧向约束，土中应力得到一定程度的释放，土压力增加显著，后期的土压力基本趋于稳定值。

由图5可知，基坑开挖完毕后，桩侧实测土压力值明显小于Rankine理论的主动土压力计算值。根据实测土压力强度估算的桩侧总主土压力约为270kN/m，而按Rankine土压力理论计算所得总主土压力约为360kN/m，实测土压力为传统Rankine理论计算值的3/4。

2.3支护桩桩顶水平位移

有效控制支护桩桩顶的水平位移，对基坑支护结构的安全以及基坑的顺利开挖至关重要，该基坑共布置28个位移监测点。图6为基坑东侧D1、D5和D7三个监测点的数据，图7为基坑西侧D16和D22两个监测点的数据。

由图6、图7可见：除D16点外，其余监测点在基坑开挖期间，桩顶水平位移基本呈阶梯状增大，说明锚索的设置，对约束桩顶水平位移作用明显，直至最后一道锚索张拉锁定和基坑开挖结束，桩顶水平位移最终趋于稳定。从各监测点桩顶水平位移最终稳定值来看，位于基坑东侧中间部位的D5点桩顶水平位移最大，其值为29mm，但并未超过30mm的预警值；D7点处于阴角部位，其桩顶水平位移值最小；D22点位于阳角部位，其桩顶水平位移值远大于处于阴角部位的D16点处的位移值，前者是后者的6倍。由此可见，基坑具有较明显的坑角空间效应。

2.4支护桩深层水平位移

为确保坑壁稳定以及基坑周边环境的安全，有必要对支护桩与土体的水平位移实施动态监测。本工程共选取了24根支护桩，沿桩身分别布置7个监测点，采用测斜仪对不同深度土体（桩体）的水平位移进行动态监测。CX04点位于基坑西侧阳角部位，其桩身水平位移随时间的变化如图8所示。

该观测点处，基坑开挖深度10.7m，顶部2m按1∶1.5放坡，支护桩长26.5m，支护桩桩端嵌入基坑设计底面以下深度为17.8m，分别于冠梁顶面以下2.6m和6.6m处各设一道锚索。

由图8可见，各监测点最大水平位移均小于3mm。锚索设置之初，锚索的预加力使得基坑底面以上支护桩段向土体侧发生位移，桩顶位移最大，桩后土压力为被动状态，随着时间的延长，桩后土压力逐渐由被动向主动状态转变，桩身最大位移下移至基坑开挖底面附近，说明锚索的设置，可有效抑制支护桩的侧向位移。

3结论

（1）本文依托某深基坑工程现场监测结果，揭示了基坑开挖过程中的空间效应对支护结构及周围土体受力与变形的影响规律。

（2）对平面形状不规则的异形基坑，且地质条件与周边环境复杂，为保证基坑工程的安全，进行信息化施工尤为重要。

参考文献：

［1］刘维正，葛孟源，万家乐，等.考虑空间效应的桩锚支护深大基坑变形特性及影响因素数值分析［J］.铁道科学与工程学报，2021，18（12）：31883200.

［2］李大鹏，阎长虹，张帅.深基坑开挖对周围环境影响研究进展［J］.武汉大学学报（工学版），2018，51（8）：659668.

［3］楼春晖，夏唐代，刘念武.软土地区基坑对周边环境影响空间效应分析［J］.岩土工程学报，2019，41（S1）：249252.

［4］李佳宇，陈晨.坑角效应对基坑周围建筑物沉降变形影响的研究［J］.岩土工程学报，2013，35（12）：22382246.

作者简介：王昊岚（1997—），女，汉族，河北邢台人，硕士，主要从事建筑工程技术方面的教学与科研工作。

*通讯作者：郭一帆（1998—），女，汉族，河北邢台人，硕士，主要从事建筑工程技术方面的教学与科研工作。