预应力锚索+排桩基坑支护技术简介

预应力锚索+排桩基坑支护技术简介

随着城市的高速发展，城市用地越来越紧缺，结合城市建设和改造开发大型地下空间已成为一种必然趋势，诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下道路、地下停车库等，基坑开挖深度也越来越深，因此基坑支护成为深基坑工程的重中之重。在兰州市安宁区金牛路西侧地下停车场基坑工程中，采用了预应力锚索+排桩支护技术。本文结合该工程对预应力锚索+排桩基坑支护技术及其工程应用进行了研究，取得的结论如下：

（1）通过布设预应力锚索可以有效地减小桩身的内力，锚索在作用过程中，打入锚索的位置附近桩身钢筋的应力减小，但在其他位置桩身钢筋的应力受锚索拉力的影响就比较小了。

（2）排桩的嵌固深度并不是越长越好，嵌固深度过长，并不可以改善它的受力情况。

关键词：深基坑；基坑支护；预应力锚索+排桩支护；工程应用；

1.1 选题依据

随着经济实力的提升，城市的发展越来越快，与此同时，城市也变得日渐拥挤，在城市里开发地下空间已经是一种必要的选择，比如高层建筑多层地下室、地下停车场、地下商场以及地下仓库等。目前地下空间的开发规模变得越来越大，例如近些年来上海市地下空间的开发面积越来越大，其中面积达到10~302410m ⨯的项目就有几十个；除了基坑面积日渐变大之外，基坑的开挖深度也变得越来越深，普通的基坑深度都在16~25m 以上，上海地铁四号线董家渡修复基坑的深度更是达到了41m 。这些大型基坑一般都位于城市的中心地带，基坑的周边往往布设着各种地下管线、各类建筑物、地铁隧道等各种地下构筑物，施工场地紧张、工期紧、施工条件复杂、地质条件复杂、周边设施环境保护要求高。这些问题给基坑工程的设计和施工带来的的难度非常大，重大恶性基坑事故不断发生，工程建设的安全问题越来越严峻[]1。

基坑的支护结构首先直接承受着基坑施工阶段的侧向土压力以及水压力，然后再把这些压力传递到支撑体系。在需要隔水的基坑工程中，当周边的支护结构不具备隔水功能时，需要在支护结构的外侧布设隔水帷幕。周边的支护结构与隔水帷幕共同形成基坑周边支护体系。

在基坑工程实践中周边围护结构形成了多种成熟的类型，每种类型都有各自的适用条件、工程经济性以及工期等方面的特点，怎样去选取周边的围护结构直接关系到基坑工程的安全性、工期以及造价，对每个基坑来说，它的规模、周围的环境、工程水文地质条件以及业主要求等也不尽相同，所以在基坑周边围护结构设计中需要依据每个工程的特点和各种围护结构的特点，综合考虑各种因素，合理选取周边围护结构的类型。

1.2 国内外研究现状

基坑工程的设计和施工需要具备土力学、结构力学、地基基础、原位测试等多种学科知识，而且还要具备丰富的工作经验，并且能够将拟建场地的土质与周围环境结合起来，才可以设计出合理经济的支护方案。在支护技术的发展过程中，支挡结构逐渐地向柔性锚固支挡的方向发展，在非饱和黄土地区，柔性支护结构在深基坑支护中的应用非常广泛，它可以通过稳定土体对不稳定土体进行加固，从而来保证支挡结构的稳定性，所以，这种支挡结构非常轻巧，受力性能比较好、所占用的空间也小、不会受到地下水的影响，适合做深基坑支护[]2。桩锚支护结构就是一种柔性支挡结构，它在非饱和黄土地区的深基坑工程中应用十分广泛，这种支护结构具有稳定性良好、安全性能高、施工比较方便等优点。根据基坑开挖深度和支挡结构的受力情况,可以将排桩支护分成如下几种：

(1)悬臂排桩支护结构：悬臂支护结构的受力特点是在开挖面以上没有任何支点力作用，其受力特点明确，适合用在土质条件比较好，挖深度不是很大的基坑支护中。

(2)单支点排桩支护结构：在基坑开挖深度比较深时，采用悬臂桩的话就不足以满足桩身强度与变形的要求，所以可以在桩顶附近布设一个支点（描杆或支撑）。

(3)多支点排桩支护结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多个支点（描杆或支撑），用来减少柱身受力与变形。

排桩支护设计必须要满足安全性、经济性和可行性三项基本要求。这三项的关系是辩证统一的，它的原则是首先在满足安全和可行性的前提下，尽可能地节省工程造价。排桩支护结构的计算,主要包括墙体静力计算、支撑计算与基坑稳定性计算等[]3。下面是国内外学者对基坑支护工程的研究工作。

1.2.1 国内研究现状

基坑工程在我国开始的比较晚，上世纪70年代以前，国内开挖深度超过10 m 的基坑工程非常少，而且基坑周边环境也远远没有现在复杂。80年代以后，随着北京、上海、广州等地大量高层建筑的兴建，基坑支护工程也越来越多，基坑工程逐渐成为工程中的新热点并得到了快速发展。90年代以后,随着城市化进程的加快，渐渐的出现了比较复杂的深基坑工程，进一步地促进了基坑工程的研究与发展，并且出现了很多先进的设计方法与施工工艺。但是因为基坑工程的复杂性以及设计、施工的不当，工程事故的概率依然很高[]5,4。基坑工程方案的设计一方面依赖于大型有限元分析软件；另一方面依赖准确的土体参数，但是在常规的室内试验中想要准确的确定土体的应力应变参数非常困难，只有把室内试验和现场试验的监测结果联系起来才能科学的解决这一课题[]1。以下是对桩锚支护结构、嵌固深度、冠梁三个方面的国内学者的研究工作进行了回顾与总结。

(1)桩锚支护结构

夏永承等(2000)[]6通过支护桩上钢筋应力的实测值求得桩身弯矩分布，分析了支护桩的变形状态和坑底以上桩侧的土压力。结果显示出在支护结构正常工作的情况下，坑底以上桩侧土压力最大值在桩顶与锚杆之间，与朗肯或库伦土压力差别较大；冠梁不仅可以改变支护桩的变形状态，还会使桩身内力减小。

郭印等(2009)[]7根据桩描式支护桩钢筋应力和侧向位移的现场监测，分析了支护桩的内力和变形特性。监测结果显示：桩身弯矩随着基坑开挖深度的增加而增长，而且最大弯矩位置向下移动；预应力描杆的施加使桩身弯矩及桩身侧向位移明显减小；基坑测试段中部的桩身弯矩比其他部位桩身的弯矩值大，而且支护段中部的侧向位移最大；基坑开挖到基底后,桩身负弯矩的最大值发生在坑底内侧附近。

马海龙等(2010)[]8基坑坑顶水平位移随着开挖深度的增加线性增大，墙后土体的深层水平位移分布存在位移零点，而位移零点恰好出现在水泥土墙底附近。靠近地面的第一排桩铺受力最大，由于第一排桩销的屏蔽作用，分散了应力，从而以下的第二、第三、第四排桩锚的抗拔力增加不显著。

李华为等(2012)[]9通过对桩锚支护结构内力进行现场实测，研究了基坑开挖过程中坑顶地表沉降和水平位移随时间的变化过程、冠梁位移随时间的变化过程、支护桩的内力及桩侧土压力的演化与分布特征,提出了建立考虑“空间效应”、“土钉与桩描组合式支护结构共同作用”、“冠梁协调作用”以及“开挖和支护动态演化过程”的设计方法和理念。

朱桂春等(2012)[]10对武汉市东湖春树里基坑支护工程桩铺支护体系的结构受力及变形状况进行了ANSYS有限元数值模拟和分析，同时运用混合遗传算法