中国有色金属工业昆明勘察设计研究院
摘要：随着我国经济的发展，社会的进步，各项基础设施建设也不断完善。随着人类社会逐渐走向现代化，建筑工程领域的施工技术也不断更新换代，各种施工技术也不断在推陈出新中获得发展。在岩土工程中，随着现代基坑工程的发展，桩锚支护体系这种新型支护结构不断发展，以其独特的优势逐渐得到了广泛应用。但是现阶段的基坑桩锚支护体系的研究还不够深入，与施工技术的改进存在脱节现象。为了不断提高深坑桩锚支护体系的施工质量，促进岩土工程的可持续发展，本文对深基坑桩锚支护体系的受力变形情况和优化途径进行了分析。
关键词：深基坑；桩锚支护体系；受力变形；优化途径
基坑工程由来已久，但是却在近几年获得了迅猛发展。现阶段，在基坑工程的施工中，基坑深度不断加深，基坑面积不断扩大，对于基坑工程的稳定性要求也提出了更高的要求。桩锚支护体系基坑工程施工中重要的施工环节，是现代新兴起的新型支护结构，基坑工程的结构受力不断合理化，施工安全性不断提高。现阶段，在施工场地狭窄、环境复杂的大型深基坑工程中，充分利用了预应力锚杆和支护桩的桩锚支护体系在工程建设中得到了广泛应用。但是，在施工过程中，岩土强度、变形情况等都是不可避免的问题，为了保证施工安全，必须对桩锚支护结构进行优化。
一、深基坑桩锚支护体系的特点及工作原理
1、桩锚支护体系的特点
所谓的桩锚支护，就是利用护坡排桩与单锚或多锚进行配合而形成的基坑支护结构，由于其具有广泛的适用性，所以在岩土工程施工中有着广泛应用。桩锚支护是一种稳定性好、安全性高的超静定结构，随着基坑工程的发展，桩锚支护结构也不断获得发展。在该体系中，为了保持整个结构的稳定性，对锚杆锚固段、土层摩擦力、支护桩嵌入土层的支撑力进行了充分利用。随着桩锚支护体系的发展，在大多数深基坑及超深基坑工程中都有着广泛的适用性，大大提高了基坑工程的施工质量，尤其是在地质条件差、周围生态环境脆弱的地区，桩锚支护结构的优势更加显著。
2、桩锚支护体系的工作原理
桩锚支护体系之所以能够在环境复杂的深基坑工程中得到广泛应用，其根本的原因在于它充分利用了锚杆与土层之间的摩擦力以及嵌入土层的支撑力来维护自身的稳定性。其工作原理也很简单，主要就是在桩锚支护体系中，当锚杆自由端受力时，会通过锚杆把力传递给锚固段，由于锚固段与土层是锚固在一起的，所以可以充分利用他们之间的摩擦力将外界所传导过来的力传递到土层中，从而实现应力的释放[1]。桩锚支护体系的受力机理可以形象地用图表现出来，如下图1所示。其中t表示周围土体对锚固段的平均摩阻力，u表示水泥砂浆对内裹钢筋的平均捏裹力。
图1 桩锚支护体系的受力机理示意图.png)
二、基坑支护结构的变形特征及机理
1、基坑支护结构的变形特征
首先，基坑支护结构周边地表沉降的问题，是开挖过程中常见的变形特征。这种变形往往是由地下水疏干或支护结构水平变形引起的。一方面，地下水降低，会引起地面的差异性沉降，从而引起支护结构发生倾斜从而导致建筑物的沉降以及墙体开裂等问题。另一方面，支护结构水平变形所引起的沉降会更加严重，其沉降范围也主要集中于基坑的周边。其次，支护结构变形也是常见的问题。随着施工工艺的不断进步，基坑施工质量也不断提高，但是基坑事故仍然不可避免。这主要就是因为支护结构变形而导致基坑稳定性不足。基坑稳定性的破坏主要表现为水平变形和垂直变形两个方面。尤其是在深基坑工程中，由于开挖深度的不断增加，土体应力不断加大，支护结构埋深也不断增加，对结构的稳定性有着重要影响。支护结构的水平变形主要与开挖面积、深度、土体性质以及支护结构刚度和埋深有关。第三，基坑隆起变形也是深基坑功能工程中的常见问题。其产生的原理主要是大量土体开挖导致基坑垂直方向应力释放，基坑底部土体原始应力平衡状态被破坏。随着基坑深度的不断增加，各种应力作用就会给支护结构施加一个向内的应力，从而引起基坑坑底的向上隆起。
2、基坑的变形机理
在基坑工程中，基坑的开挖过程也就是土体应力的释放过程。随着基坑开挖深度的不断增加，支护结构变形、基坑底部隆起变形以及周边土体变形都是主要的基坑变形形式。在土体的卸荷过程中，坑底土体的会向上隆起，支护结构也会在两侧压力的作用下发生水平位移[2]。在这三种主要变形形式中，底部土体隆起和支护结构位移对基坑变形有着重要影响。首先，随着基坑工程施工深度的不断增加，基坑土体的原始应力平衡状态被破坏，随着开挖深度的不断增加，基坑内外的土面高度差也会不断增加，在各种加载和超载作用下，维护结构土体容易产生向内的位移，从而导致坑底的塑性隆起，并引起基坑周围的地面沉降。其次，支护结构位移也是导致深基坑受力变形的主要原因。由于原始应力状态受到破坏，土体卸荷，支护结构外侧容易受到主动土压力，而内侧正好与之相反，受到的是被动土压力，在被动土压力和主动土压力的共同作用下，支护结构土体就会发生一定量的位移。深基坑周围地层变形量的大小、变形范围、塑性区幅度会受到支护结构变形量的影响。即使是在水文、地质条件和结构埋深都相同的情况下，深基坑地层变形量也有很大区别。
三、深基坑桩锚支护体系变形的优化途径分析
1、增加支护桩嵌固深度
为了有效防止深基坑锚固支护体系的变形，首先应该在设计中增加支护桩嵌固深度。由于支护桩嵌固深度不够，整个桩锚支护体系就容易在施工中发生位移，从而引起深基坑的变形。通过增加支护桩嵌固深度，能够将坑底的土体压力小于被动土体压力，从而有效提高桩下的稳定程度。另外，随着支护桩嵌固深度的不断增加，桩底端不仅不会发生位移，而且其位移也会受到限制，从而在此处形成反弯矩，有效防止深基坑变形，发挥桩支护结构的最大作用。
2、合理控制支护桩桩径和桩间距
对于支护桩桩径的选择，为了保证深基坑工程的施工效果，应该保证其桩径取值不能太小，从而为后续的配筋施工奠定基础。在通常情况下，支护桩的桩径应该不小于400mm，如果基坑埋深在12m以内，则应该将桩径控制在400-800mm的范围内。如果基坑埋深大于12m，则应该将桩径控制在800-1200mm的范围内[3]。在施工中，对支护桩桩间距也应该进行合理控制，既要保持桩间距维持在桩间土可能剥落区的范围内，又要保证桩间土的拱效应能够得到有效发挥。
3、合理进行锚杆参数设计
锚杆的极限承载力受到锚杆倾角和土层性质的影响。如果锚杆长度是一个定值，增加锚杆倾角，能够使锚杆的极限承载力不断增加。这样就不必再通过增加锚固段直径来增加锚杆的极限承载力，从而使得工程造价得到了有效控制。在深基坑工程的施工实践中，通过增加锚杆锚固段长度来增加锚杆的性能也是十分普遍的工程措施。
结语
随着经济的发展，科技的进步，各项工程项目的建设也不断引进先进施工技术和工艺来不断提高工程施工质量。在岩土工程中，基坑工程获得了前所未有的发展。在深基坑桩锚支护体系的应用实践中，基坑受力变形是常见的工程难题，为了改变施工现状，应该不断完善施工工艺，通过增加支护桩嵌固深度、优化支护桩桩径和桩间距、优化锚杆设计，可以有效防止基坑受力变形。
参考文献：
[1] 朱桂春，刘兴鑫，韩武娟等.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..
[2] 黄鑫.深基坑桩锚支护体系的优化方案[J].铁道科学与工程学报，2008，5（6）：57-61.
[3] 张迪.深基坑桩锚支护体系受力特性及变形研究[D].中国地质大学（武汉），2010.
论文作者:符亚衡1,宋秋云2
论文发表刊物:《基层建设》2015年7期
论文发表时间:2016/9/2
标签：基坑论文; 结构论文; 体系论文; 深基坑论文; 工程论文; 锚固论文; 应力论文; 《基层建设》2015年7期论文;