探讨深基坑桩锚支护结构桩身内力及土压力
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作者: 吕爽
【摘 要】随着社会经济的迅速发展，我国的城市化建设进程也逐步加快。目前，桩锚支护结构已经广泛的运用到深基坑支护体系中，但是由于深基坑工程存在着比较严重的安全问题，因此本文就对深基坑桩锚支护结构身内力和土压力的施力情况进行分析研究，以供相关人士参考。
【关键词】深基坑；桩锚支护；桩身内力；土压力
由于目前，城市经济建设十分迅速，各类高层建筑就像雨后春笋般出现在人们的视野中。对于高层建筑来说，对其地基的建设是整个工程项目的重中之重。但是，由于现在进行地下工程施工时存在着许多安全隐患，因此我们就采用支护结构作为深基坑的支护体系，为深基坑侧壁及周边环境进行有效的支档、加固和保护措施。而桩锚作为一种新型工程技术，如今已经引入到了深基坑的工程技术当中，并且因其稳定性好、安全性能高等优点，得到了社会的好评。
1.深基坑桩锚支护结构
桩锚支护结构作为21世纪的新型工程技术，在建筑行业得到广泛的应用，而且由于近几年，在深基坑和滑坡建设中，存在着严重的稳定性问题，对工程的施工带来了严重的影响，由于这种桩锚支护结构具有较强的稳定性，又被引入到了深基坑和滑坡的建设中，深基坑桩锚支护结构是指将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中，再在另一端与围护桩相联的基坑支护体系。它由被加固土、放置于原位土体中以较密间距排列的细长金属杆件（土钉、锚杆）、附着于坡面的喷射混凝土面板、管桩和深层搅拌桩等组成，形成一个类似重力式的挡土墙，以此来抵挡墙后传来的土压力和其它作用力，从而使开挖坡面稳定。这样的支护结构主要是用在深基坑开挖和边坡稳定的挡土工程。目前由于我国社会经济建设不断发展，高层建筑的大肆修建，在进行软土地基地挖掘也日益增多，而且随着各种基坑支护技术的发展，深基坑支护技术因造价低、稳定性好、施工迅速，已经被人们大量采用。
2.桩锚支护体系在深基坑中的运用与作用
在基坑工程施工中，如果需要开挖的基础深度很深，基坑周边的土容易坍塌。因此，为了保证基坑的稳定性，就必须对基坑进行支护。而桩锚支护采用锚杆取代基坑支护内支撑，给支护排桩提供锚拉力，以减少支护排桩的位移与内力，并且将深基坑的变形控制在允许的范围内，由此看来桩锚支护体系就是人们在进行深基坑工程中最好的选择。
桩锚支护体系主要由护坡桩，土层锚杆，围檩和锁口梁4部分组成，在基坑地下水位较高的地方，支护桩后还有防渗堵漏的水泥土墙等，它们之间相互联系，相互影响，相互作用，形成一个有机整体。因此，对于深基坑建设时，无论是从经济还是安全可靠性考虑，桩锚支护体系都是一种较好的支护体系。
3.基坑的基本情况
某工程为15层框剪结构，总建筑面积约为35000平方米，基坑西侧与实验馆距离仅1.2m，北侧为图书馆，东侧为宿舍楼。在勘探深度内；场地表层为近期人工堆填的素填土，老地面以下为棕褐色冲积粉质黏土和黄褐色粉土及沼泽积形成的粉质黏土层，其下为冲洪积形成的细砂和粗砂层，下部为冲洪积形成的圆砾，底部均为太古代混合花岗岩的强风化层。稳定水位埋深为3.75～4.30re，因基坑施工在枯水期，对基坑稳定性影响不大。基坑平均深度7.0m，西侧支护形式采用了单支点桩锚式（两桩一锚），桩长12m，桩径0.8m。基坑顶部有60kPa附加应力（基坑毗邻3层建筑物，按每层附加应力为20kPa考虑）。基坑开挖过程如下：①基坑开挖2m深，称其为第1阶段；②在1.7m处加锚杆并施加预应力；③基坑开挖到设计深度7.0m，称其为第3阶段。
本工程在进行深基坑挖掘时，就采用了桩锚支护技术，而且由于应用的是桩锚支护系统，在施工时施工空间很大，为挖土提供了良好的条件，更是因为桩锚支护在进行施工时方便地基的开挖，因此不占用内支撑混凝土养护期，大大地缩短了工期。而且在施工完毕时，周围的房屋及道路周边房屋及道路无开裂、倾斜。
4.桩身内力测试方案
试验选取基坑西侧12，16，20号桩进行钢筋应力测试，本文中分别称其为桩1、桩2、桩3，每根桩临土侧和背土侧钢筋分别布置5个钢筋应力计，布置深度（基坑）分别为2.4，3.7，7，9.2，11.4m，总计30个，在试验过程中发现桩l下侧两个钢筋应力计因未知原因失效，故有效钢筋应力计共28个。
5.试验结果分析
5.1桩身钢筋应力随基坑深度的变化桩身钢筋应力随基由增大
在进行基坑修建的不同阶段，钢筋应力的大小也会随着改变，而在同一阶段中，不同的两个钢筋它们的受力情况也可能呈现出相反的情况，即一侧受到应力压力，另一侧受到应力的拉力。在开始阶段支护桩处于悬臂状态，在主动土压的作用下，钢筋处于受压状态，整体呈现出弓形，但由于冠梁的约束作用，桩头钢筋应力表现出与整体相反的状态，应力零点出现在基坑底部附近，然后在中期，由于锚杆弹性支点和主、被动土压力的作用，基坑上部N侧钢筋处于受拉状态，应力数值明显增大，下部一侧钢筋处于受压状态，数值较小，应力零点仍出现在基坑底部附近，钢筋应力整体呈现为反“S”形。最后阶段，随着开挖深度的增加，钢筋应力值进一步增加，整体规律较第2阶段无明显变化，应力零点下移至基坑深8m左右。
5.2土压力随时问的变化
在实验中我们可知道，在开始测试阶段，土压力呈现静止土压力特性逐步的增大；在中期，在基坑顶部至基坑底部范围内，土压力都直线增长，但值比未加锚前稍小，而基坑底部以下深度范围内，土压力出现折点；在最后阶段，4.7m处土压力由平滑变化为有明显折点出现，在基坑底部范围内，土压力出现峰值。
分析以上现象出现的原因为：在开始测试阶段时，开挖深度较小，开挖上部土体无侧向位移或位移较小，土体还表现为静止土压力特性。然后在中期，锚杆施加预应力后，对土体的静止土压力起到抵消作用，土压力值略小，但整体变化不大。最后阶段，桩后主动土压力全部发挥，桩前被动土压力也开始发挥作用，两者的合力导致土压力峰值点出现在基坑底部。
5.3桩身弯矩分布及其与理论计算值的对比
在实践中我们发现，实测的土压力与由钢筋应力反算得到的土压力分布比较表明，土压力随着桩深度的增加逐渐增加，至某一深度达到峰值再逐渐减小，直到基坑底部整体呈现一竖向抛物线形分布。这样的非线性分布与桩侧土分层、降雨及施工过程等影响有关。由于桩锚支护结构具有柔性支护结构特征，允许土体发生变形，并同支护土体做整体运动，支护作用损失不大，在基坑开挖过程中，桩土变形协调，导致桩侧土压力分布与经典土压力理论计算值不同。
6.结语
综上所述我们可以知道，桩身土压力及钢筋应力内力主要受基坑开挖和锚杆及其预应力施加的影响，锚杆预应力施加的影响较大，而且冠梁对桩身弯矩特别是桩头部分的影响不可忽略。当基坑开挖完成后，桩身内力变化不大，桩身弯矩及钢筋应力零点出现在基坑底部以下。因此，我们在进行深基坑开挖时，我们要对各部分的受力情况进行详细的分析，这样才能保证我们在进行城市建设时的安全性，才能有效的推动城市的发展。 [科]
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