桩锚支护结构角桩的受力性能研究

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摘要：随着高层建筑的增多，建筑物密度日益增大，道路和地下管线纵横交错，地下可利用空间越来越有限，我国的深基坑工程日益增多，支护结构的安全和经济问题越来越突出。支护结构的形式决定着施工的经济和安全。桩锚支护结构是深基坑开挖中常用的一种围护形式，在基坑工程中得到了持续广泛的应用。

关键词：地基基础工程；桩锚支护；角桩受力分析；冠梁水平位移

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号:

引言

目前，支护桩预应力锚索支护结构在基坑工程中已取得了较为广泛的实践应用，并已取得成功。但基坑工程的成功实施更多地仍依赖于工程经验的积累和监测控制，相关理论的研究仍相当欠缺，急需系统、深入的研究加以解决。特别是对于平面形状为凹多边形的基坑，阳角处排桩（本文简称角桩）承受复杂土压力作用，发生双向弯曲，设计不当时易发生安全事故。

1.工程概况

1.1基坑周边环境

某工程场地位于交通路交叉口西南角，整个工程由1幢综合楼和地下停车库组成。南侧有已建办公楼（六层），新楼与已建办公楼相交处有8根水管，紧贴已建办公楼，在新楼的北侧、西侧都有居民楼（三层）。

1.2工程地质

本场地地层属于第四系全新统、上更新统和中更新统，分为以下几个地质单元层：①杂填土，②粉土，③粉砂，④粉质粘土。

1.3支护体系设计方案及监测方案

本工程基础埋深10.0m，地下水位埋深约16.0m，地下水对基坑开挖及施工没有影响。该基坑支护采用支护桩预应力锚索支护形式，钻孔灌注桩直径1000mm，间距1200mm，嵌固深度10m。

在角桩部位的灌注桩纵向钢筋上，沿截面对称布置四个钢筋应力计，并分别在基坑中部及角部的支护桩内设置探测管，通过仪器来监测不同开挖工况下，内力和位移的变化。

1.4施工步骤

（1）先在基坑四周放线，确定灌注桩位置，完成灌注桩的施工，同时浇注冠梁。

（2）开挖第一层土层，在边坡上设置钢筋网，喷射混凝土面层，施工预应力锚索。

(3)重复上一步骤，到开挖至坑底。

2.施工监测情况分析

2.1基坑顶口水平位移情况

根据观测方案，在基坑各侧布置了11个测斜点，测量基坑完成后基坑顶口的水平位移情况如图1所示（括号内为位移值）：

整个基坑边缘的位移并不是呈对称的，特别是在基坑的角隅处，其位移变化比较复杂，这个跟支护体系类别有很大关系，也跟角隅处土压力分布比较复杂有关系，从这里我们可以看到该体系的变形具有明显的空间作用，角区位移变化明显。

2.2角桩部位水平位移分析

基坑变形是反应基坑运行状况最直观、最可靠，最重要的指标之一，其变形的增大始终是基坑施工中关注的关键。下面以阳角部位CX-8测斜孔为例来分析角桩部位水平位移变化情况。

从图2中相关曲线可以发现，基坑的变形主要是由土方开挖所引起，且与开挖深度成正比关系。随着开挖加深，变形逐步增大，并且位移最大值位置也随着开挖加深而逐步下移。在开挖完成后，基坑暴露时间愈长，其侧壁水平位移变化也就越大，而且其位移增长量比开挖期间都要大得多，在施工期间仍然应对基坑侧壁位移进行不间断观察，如超过警戒线，应立即采取措施，防止发生伤亡事故。

2.3角桩的受力状况

排桩支护结构中，监测元件是按照对称布置在基坑底部断面上的，在这个断面上所承受的弯矩最大。以阳角部位GZ6桩（图3）为例，显示了角桩内力随开挖进程的变化情况。

从监测资料上来看，内力变化有以下几个特点：

(1)从图3计算结果上可以看出混凝土测得的最大拉应力也没有超过C30混凝土的最大拉应力Ft =1.43 MPa 。这说明支护桩处于正常的工作状态。

(2)角桩反弯点处内力变化，基本的趋势是随深度的增加而增大。基坑角隅处受力比较复杂，角桩GZ6编号3处应变位于基坑内侧，截面上应该为受压区域，而实际上在监测过程中一直为受拉区域，这是由于基坑形状的不规则，基坑沿东西方向的位移比较大，使角桩沿东西方向的远位移大于其他方向的位移，因而编号3处在截面上显示出受拉的倾向。

2.4基坑冠梁的沉降、位移变化分析

在本工程中，支护体系是处于正常工作状态下，因此冠梁的水平位移是处于安全水平。从图4中可以看出，由于冠梁的存在约束了基坑位移的发展，并且在基坑开挖完成后很长一段时间内，其位移几乎不再发生变化。冠梁对支护桩的桩顶位移有着明显的限制作用，并且圈梁也不是对每一根桩都能够产生较大的约束作用，而在圈梁的两端部位对桩的约束作用比较强，而在圈梁的中间部位约束作用较小，当圈梁的跨度较大时，甚至可能会产生反向作用。

3.角桩设计建议

3.1角桩配筋

首先角桩也要保持一定的弹性，来保证在锚杆和冠梁对角桩的约束作用下，桩后土压力重新分布后保证各排桩和冠梁能够协调变形，共同承受荷载。对于角桩的配筋根据所计算土压力来确定配筋量以及配筋形式，与其他部位相比，可以配置抗扭钢筋，来抵抗冠梁带来的扭矩；可以增大桩径，增加角桩的刚度，增强其抗弯刚度和抗剪能力。

3.2对角桩部位做斜向支撑

支撑杆可以采用型钢、钢筋混凝土（图5）等材料，考虑土侧压力和排桩的刚度等因素，根据计算结果来确定材料的截面类型和类别。对于处于阳角部位，不方便施加角撑，可以考虑施加预应力锚杆。

图5 某基坑混凝土角撑

4.结语

通过深基坑现场试验，得到了桩锚支护体系桩与桩侧土体水平位移随开挖工况而发生变化的分布规律，并总结分析了角桩随着开挖工况的变化，其受力性能的变化规律，并根据本工程的分析情况，得出以下结论：

4.1角桩承受一定的扭矩，且最大扭矩出现在桩身上1/3范围内。角桩还承受相当的双向弯矩。最大弯矩沿桩身的分布较为离散，随施工进程通常由桩上部向下部迁移。然而，桩身弯矩有方向上的变化，即受拉和受压侧会随开挖深度增加而改变。这是角桩与其他桩相比明显的受力特点。

4.2用测斜仪测量得到的角桩处桩身变形相当复杂。但总结3个角桩处的水平位移测量结果，还是具有一定规律性的，即角桩的水平位移会随着开挖深度的增加而出现方向上的改变；而当开挖至基坑底时，水平位移又指向基坑。这与数值分析结果（角桩桩身弯矩会发生方向的改变）基本一致，说明这是角桩工作的重要特征。

4.3角桩内力复杂，再加上冠梁的约束扭转作用，使角桩所受的弯矩之外的内力也起着重要作用。因此，角桩不能采用局部均匀配筋，只能采用全截面均匀配筋。对于较大基坑，还要设置合适的角撑来增强角桩部位的刚度，为了防止在工程中出现角桩受扭剪而出现斜裂缝的情况，应配置抗扭钢筋，也就是配置适量的箍筋，来增强角隅部位排桩的抗扭剪能力。角桩的刚度也应与其他部位的支护桩相匹配，以确保整个支护体系协调变形，共同工作。

4.4角桩的内力和位移变化受到冠梁和锚杆约束影响，应设置合理尺寸的冠梁和角撑。对于角隅部位的排桩，建议采用均匀配筋，并且相对于基坑中部排桩配筋应有所增加。

参考文献：

[1]林鸣，徐伟．深基坑工程信息化施工技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]高印立，徐建新，陈环．排桩与圈梁协同作用下考虑开挖过程的挠曲方程法[J]．土木工程学报，2001，34（1）.

[3]褚玲．压顶圈梁与支护桩的空间协调作用的研究[D]．兰州：甘肃工业大学，2001.