深基坑桩锚支护的受力与变形研究
深基坑支护施工“桩锚支护形式”与管理措施
深基坑支护施工“桩锚支护形式”与管理措施深基坑是指在一定范围内，地面或地下水面以上深度较大（通常大于三米）的土木工程。
在城市建设中，深基坑工程是不可或缺的一环，它不仅为城市的高层建筑、地下车库等提供了必要的土地资源，同时也为城市整体的发展和综合利用提供了可能。
在深基坑支护施工中，桩锚支护形式是常用的一种支护形式，下面我们就来详细了解一下桩锚支护形式及其管理措施。
一、桩锚支护形式概述桩锚支护是将一定数量和一定排列方式的钢筋混凝土桩与地下锚杆锚索相结合，通过相互作用来承担土压力和外荷载，以达到支护土体的稳定和安全的一种方法。
桩锚支护主要有以下几个特点：1. 抗震性能良好。
桩与地下锚杆的相互作用使支护结构具有一定的抗震能力，能够有效减少地震对支护结构的破坏。
2. 施工周期短。
桩锚支护施工速度快，可以大幅度节约时间成本，提高工程进度。
3. 适用于不同地质条件。
桩锚支护形式适用范围广，能适应不同地质条件下的深基坑支护。
4. 对周边环境影响小。
桩锚支护施工过程对周边环境的影响较小，能够减少对周边建筑物和地下管线的影响。
5. 可持续利用。
桩锚支护所使用的材料和技术能够达到可持续利用的要求，符合节能环保的发展理念。
以上特点使得桩锚支护形式成为深基坑支护施工中的常用形式之一。
在深基坑支护工程中，采取有效的管理措施对保障工程的质量和进度非常重要。
以下是桩锚支护形式的管理措施：1. 设计规范。
在桩锚支护工程的设计中，需要严格按照相关规范和标准进行设计。
设计人员应结合工程实际条件，科学合理地确定桩与锚杆的布置方式，保证支护结构的稳定和可靠性。
2. 施工方案。
在桩锚支护工程的施工过程中，需要编制详细的施工方案，包括施工工艺、施工步骤、施工时序等内容。
施工方案应经过审核和批准，确保施工过程有条不紊，安全高效。
3. 施工监控。
在施工现场需要安排专业的监理人员进行施工监控，对工程的施工过程进行全程跟踪和监督，及时发现和解决施工过程中的质量和安全问题。
桩锚支护技术在深基坑施工过程中的应用
序为背景， 对桩、 锚杆两结构单元相互 作用 时的连接方法进行讨 论，利用 了该程序对采用桩锚支护 系统的深基坑开挖工程进行
模拟分析， 以探 讨 支 护 结 构 的 受 力 、 形 特 性 。 变 Ｆ ＡＣ Ｄ软 件 是 用 来 分 析 和 解 决 工 程 力 学 问题 的三 维 显 式 Ｌ ３
现 在 高 层 或 者超 高 层 建 筑 大 量 出现 ， 层 建 筑 密 度 也 增 大 ， 高 大 型深 基 坑 工 程 也 越 来 越 多 。有 些 基 坑 工 程 紧 邻 城 市主 干 道 或 者其 他 建 筑 物 ， 坑 周 围环 境 日益 严 峻 。 其 是 软 弱 地基 的深 基 基 尤 坑工 程 ， 由于 软 土 侧 压 力 系 数 大 、 挖 深 度 大 时 会 产 生很 大 的 主 开
差分法程序 ，它还 使用显式 拉格朗 日算法及 混合一 离散分 区技
术 ， 能 有 效 地 模 拟 岩 土 体 与 其 他材 料 结 构 的 工程 力学 行 为 。 还 Ｆ Ａ ３ 中 的结 构 单 元 可 以通 过 节 点 相 互 作 用 ， 而 且 节 点 Ｌ ＣＤ 又通 过 连 接 与 网格 点 相 互 作 用 。 此 ， 构 单 元 连 接 提 供 了结 构 因 结 单 元 与 网格 点 相 互 作 用 的唯 一 方 式 。每 个 连 接 都 是 把 节 点 连 接
Ｐ ＝ Ｈ （ ４ 。 ／） ２ ｔｎ ５ 一 ２ 。 ａ ｒ ￣ｎ ５ 一 １ 一 Ｃ（ａ ４ 。 ／ ）
到一个单元实体上 。 接方式有 两种 ： 连 ①节点一 区域进行 连接 ， 主
要 是 把 节 点连 接 到 区 域 中 （ 是 简 单地 连 接 到 网 格 点 上 ） ⑦ 节 不 ； 点一 点进 行 连 接 ， 节 主要 是把 节 点连 接 到 其 他 的节 点 上 。 而 在 本 文 中所 采 用 的连 接 方 式 为 是 第 一 种 连 接 方 式 ， 即把 节 点 连 接 到
桩锚支护结构内力试验研究
桩锚支护结构在基坑支护 中得 到 了广泛应 用 ， 获 得 了显著 的经济效益 ，但也有失败 的教训。在基坑开 挖和使用 过程 中支护桩 的桩身 内力是不断变化 的，受 多种因素 的影响 … ，理论计 算不同工况的支护桩 内力 与实际有一定 出人 。现场试验 能测得 支护桩在不 同 工况下的钢筋应力 ，进而计 算出桩 身 内力。本文在邯 郸康奈大厦基 坑桩 锚支 护结 构现 场试 验 研究 的 基础 上 ，得 出桩 身 内 力 及 其 在 基 坑 开 挖 过 程 中 的 变 化 情 况 ，并与理论计算值进行对 比分析 ，研 究支护结构 的
・
９ ・ ４
路 基 工 程 Ｓｂｒ ｅＥｇ ｅｒ ｇ ｕｇ ｄ ｎｉ ｅｎ ａ ｎ ｉ
２１ ０ ０年第 １ （ 期 总第 １８期） ４
桩 锚 支 护 结 构 内力 试 验研 究
鲍春 生 ，吴雄 志 ， 白金 杰
（ 河北工程大学 ，河北邯郸 ０６ ３ ） ５ ０ ８
摘 要 ：通过 邯郸康奈 大厦深基坑桩锚式支护结构桩 身 内力的计算与现场 实测 ，研 究分析 了深基 坑 开挖过程 中桩身钢筋应 力及 弯矩的分布 和 变化规 律。在桩 身 内力实测和理 论计 算对 比分析的基 础 上 ，对理论计算提 出合理 建议 ，为桩锚 支护结构设 计提供依据 。
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图 １ 桩锚 支 护 横 断 面 图 （ 位 ： ｎ ） 单 ｏ ｔ ｉ
收 稿 日期 ：２０ ０ ８一ｌ —１ １ ０ 作 者 简 介 ：鲍 春 生 （９ ７一） １７ ，男 ，河 北 石 家庄 人 。 工 程 师 ，主 要
间的增加 ，在 支护 桩 中 间部位 的钢筋 应力 显 著增 大 （ ４ＭＰ 增到 ９Ｍ ａ ，结合桩顶测试 结果发 现在这 从 ａ Ｐ） 两个测试阶段冠梁位移也显著增大 。 （ ）由图 ２ （ ２ 桩锚 ）可知 ，桩身钢筋应力 的峰值 对应的标高随开挖 深度 的增加而 降低 ，而桩身应力 相 对悬臂阶段减小 （ ６月 １ ０日和 ６ １ 月 ４日） ，应力峰值 仍出现在开挖面附近。随着基坑 的进一 步开挖 ，预应 力锚杆的作用更加 突出 ，表 现为在锚杆标 高附近 ，ｗ 侧钢筋应力由受拉 变为局部 受压 ，Ｎ侧钢筋压 应力值 相对减小 ，钢筋应 力峰值 又开始逐 渐增大 ， （ ６月 １ ８
深基坑支护中锚杆的预应力与摩阻力试验
第6卷第5期2007年10月 江南大学学报(自然科学版)Journal of Jiangnan U niversity(N atural Science Edition) Vol.6 No.5Oct. 2007 文章编号:1671-7147(2007)05-0588-05 收稿日期:2006-05-02; 修订日期:2006-08-20. 基金项目:国家自然科学基金项目(50678158). 作者简介:王景春(1968-),男,河北隆尧人,教授.主要从事岩土工程方面的教学与研究.Email :wjc36295@深基坑支护中锚杆的预应力与摩阻力试验王景春1, 徐日庆1, 侯卫红2(1.浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江杭州310027;2.石家庄铁道学院土木分院,河北石家庄050043)摘 要:锚杆支护在国内深基坑开挖和支护中得到了广泛应用,但对其工作机理和计算方法的研究尚不够完善.以1个预应力锚杆支护的深基坑工程为实例,对工程锚杆进行了试验.通过试验,测试了锚固体在岩土中摩阻力的分布规律及其锚杆中的预应力变化,校验了锚杆的设计数据,为工程提供了设计依据.测试结果表明,锚固体与岩土体间的摩阻力沿锚杆长度不是均匀分布的,其分布规律与摩阻力水平有关,在孔口附近最大,从孔口沿锚杆长度逐渐衰减.锚杆的预应力随着时间变化,其变化与注浆量、锚杆的位置及其锁定荷载有关.锚杆杆体的受力变化对基坑开挖较为敏感,同时围护墙体的水平位移对其有一定的影响.关键词:锚杆;深基坑;试验;抗拔;摩阻力;预应力中图分类号:TU 45文献标识码:AExperimental R esearch on Prestress and FrictionForce of Anchors for Deep ExcavationWAN G Jing 2chun 1, XU Ri 2qing 1, HOU Wei 2hong 2(1.Key Laboratory of Soft Soils and Ceoenvironmental Engineering ,Ministry of Education ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China ; 2.Department of Civil Engineering ,Shijiazhuang Railway Institute ,Shijiazhuang 050043,China )Abstract :The retaining of anchors is widely used in China ,but t he p rinciple and calculating met hod for soil anchor are not so perfect.In t his paper ,t he researches and test on soil anchors is carried out based on a deep excavation.The dist ribution of t he f riction force on t he interface between soil and mortar and t he variation of p ret ress in anchors are obtained t hrough test.The result shows t he distribution of t he f riction force is not uniform and t he stress attenuates along t he lengt h of anchor ,which is t he maximal in t he orifice of hole and related to t he level of f riction force.The p ret ress in anchor varies in time and is correlative to t he grouting amount ,location for it self and locking load.The p ullout resistance of anchor is sensitive to t he excavating for deep excavatio n ,and t he displacement of retaining wall is influenced in certain degree when applying p restress on t he anchor.K ey w ords :soil anchor ;deep excavation ;site test ;p ullout resistance ;f riction force ;prest ress 锚杆排桩支护结构(或桩锚式支护结构)或锚杆支护地下连续墙支护结构是深基坑支护的常用结构,它适用于基坑周围施工宽度狭小、且邻近无深基础建筑物的工程[1].使用锚杆,可以充分发挥岩土体自身的稳定能力,且可代替内支撑,直接扩大作业空间.随着锚固技术的发展,锚杆在深基坑工程中的应用日益广泛,对锚固理论的研究也日益深入,主要集中在锚固荷载传递机理和加固效应两大内容上[224].但总的来说,对它的工作机理和计算方法研究尚不完善,对它实际受力情况也尚不十分了解[526].在基坑开挖过程中,锚杆的加入改变了围护结构的受力状态,约束了基坑边坡位移的发展,锚杆的受力又反映了基坑的稳定状态和锚杆支护的工作性能.锚杆的现场试验可以提供一种手段,使设计人员能够检验所作的设计和假设,验证解析解和数值模型[7].文中以一个预应力锚杆支护的深基坑工程为实例,进行了锚杆的现场试验,测试结果有助于揭示锚杆支护的作用机理,较全面分析其工作性能,为设计与施工的改进提供指导和帮助.1 工程概况与支护结构方案 某商厦由主楼和裙楼构成,其中48层的主楼为商业中心,为筒中筒结构;裙楼为8层的购物中心,框架结构,地下2层(局部3层),占地面积约为18000m2,基坑开挖深度为9m.该建筑地处闹市区,四面临街,因而对基坑围护结构的要求较高.该工程的地质状况如图1所示.其土层分布自上而下依次为Ⅰ层素填土、Ⅱ层粉质粘土、Ⅲ层粉质粘土与粉土、Ⅳ层细砂、Ⅴ层粉质粘土.整体来看场地的土层较均匀,基础采用箱基+桩基.该场地的地下水较丰富,地下水位在地面以下2.0m,水随季节变化有所升降,年变幅为0.5～1.0m.图1 地质剖面与围护结构简图Fig.1 Sketch for geological section and retaining structu re 基坑平面为不规则抹角长方形(160m×90 m),采用地下连续墙+预应力锚杆围护结构(见图1).地下连续墙厚0.7m,高18m,墙入基底9.0m.预应力锚杆长23m,位于地面下2.3m,间距0.80 m.采用20°和15°相间隔的倾角,锚杆锚固段长18 m,采用3根25的20MnSi钢.锚固土层为粉质粘土,天然容重为19.8kN/m3,固结快剪强度指标为c=15.4kPa,φ=19.2°2 锚杆的试验结果与分析2.1 锚杆的抗拔试验通常认为锚杆的破坏形态有:1)注浆体与岩土体间剪切破坏;2)锚杆杆体抗拉强度破坏;3)锚杆杆体与注浆体界面破坏;4)锚杆埋入稳定地层能够使地层呈锥体拔出.一般情况下第4种破坏不会发生,锚杆杆体的强度也很容易计算和控制,而对软岩和土层情况,锚杆的承载力通常不由杆体与注浆体间握裹力控制,而由注浆体与岩土体间极限剪切强度确定.根据《土层锚杆设计与施工规范》(CCES222 90)[8],需对锚杆进行抗拔试验,以确定锚杆的施工质量,检验锚杆是否达到设计要求.根据场区的岩土情况,进行了2组6根锚杆的破坏性试验.试验锚杆分布在场区的不同位置.锚孔的直径130,使用425R普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45,锚杆的自由段长5m且不注浆.典型锚杆的基本试验曲线(Q2S 曲线)见图2.图2 锚杆的Q2S曲线Fig.2 The representative Q2S curves of anchor 根据现场拉拔试验,6根锚杆的承载力分别为372、414、427、367、408和397kN,满足了锚杆在粉质粘土中工作荷载要求达到350kN的设计要求. 2.2 锚杆杆体的受力变化规律研究锚杆杆体受力分布规律的试验,是通过在杆体的不同位置粘贴电阻应变片进行的.试验在对985 第5期王景春等:深基坑支护中锚杆的预应力与摩阻力试验锚杆施加预应力并锁定后开始,共进行了3根锚杆的实测,应变片的贴片位置见图3.但在施工过程中其中2根被损坏,所以测试结果仅列了1根锚杆的测试数据,试验结果见图4.单位:m图3 电阻应变片布置图Fig.3 The layout of strain gauges 随试验时间和开挖深度的增加,锚杆钢筋传力的位置和大小由图4可以一目了然.通过曲线显示,在基坑开挖深度不变的时间段里(即基坑不挖土),杆体不同位置处钢筋的受力变化比较均匀或者说没有突变(第7点破坏,没有反应);当基坑开挖时(基坑挖至3m 时安装锚杆,图4中第45d 进行土体开挖,挖至6m ,第89d 再次开挖直到基底,110d 底板浇注完成),随着开挖深度增加,由图4可以明显地表现为曲线的陡升,这一现象说明杆体的受力变化对基坑的开挖比较敏感,其敏感性的大小与程度视一次的开挖深度而定.当然,另一个表现敏感性的因素,是一次开挖基坑的宽度,随着基坑开挖宽度的增大,杆体各部位的受力也在增加,但是增加的幅度不大.图4 锚杆的应变随时间的变化曲线Fig.4 The curve betw een strain of anchor and time2.3 摩阻力的计算与变化规律锚杆在外荷载作用下,任一截面上的内力等于钢筋内力与注浆体内力之和,而两截面内力之差即为该区间注浆体与岩土间的剪切力,剪切力除以该区间注浆体表面积即为该区间的平均剪应力.锚杆任一截面的内力为N i =E g A g εgi +E c A c εci =(E g A g +E c A c )εi (1)区间平均剪应力τ=(N i -N i-1)/πD Δl(2)将式(1)代入式(2)得τ=(E g A g +E c A c )(εi -εi-1)/πDΔl (3)式中,E g ,E c 分别为钢筋和注浆体的弹性模量;A g ,A c 分别为钢筋和注浆体的截面积;εi 为任一截面i的应变值;Δl 为两测点之间的距离;D 为锚固体的直径,可用钻孔直径代替.根据式(3)计算出摩阻力随时间的变化规律,绘于图5中.从图5可以看出:1)在任一时间内(一级荷载作用下),锚固体与岩土体间的剪应力沿锚杆长度分布是不均匀的,在孔口附近最大,从孔口沿锚杆长度逐渐衰减.2)随着时间的延长,锚杆锚固体与土体之间的摩阻力是逐渐提高的.但是,锚杆的摩阻力在不同的位置其增长的峰值却不是同时出现的.在基坑开挖到底、底板打好后,此时的摩阻力基本趋于稳定.图5 摩阻力随时间的变化规律Fig.5 V ariation of friction versus time 摩阻力在同一天的时间内,沿杆体锚固段的摩阻力分布规律见图6.图6中曲线1为较低摩阻力时的前期分布,曲线2为摩阻力水平高时的后期分布.曲线1、2之间有1个转换过程,曲线的形状由凸形变为凹形,则在曲线1、2之间一定有1个直线分布,即摩阻力沿锚固长度逐渐递减的分布规律.但是,在锚固段末端的摩阻力水平并不趋于零,而是存在有一定数值大小的摩阻力.图6 沿锚固长度锚固体与土体之间的摩阻力分布Fig.6The distribution of friction force along anchoring length95 江南大学学报(自然科学版) 第6卷 2.4 锚杆的预应力随时间的变化规律锚杆的预应力采用GMS 型锚索测力计进行测试,以检查锚杆的预应力变化,确认锚杆的长期工作性能.共进行了5根锚杆的预应力监测,预应力的变化见表1.典型的监测曲线见图7.图7 锚杆预应力随时间的变化规律Fig.7 V ariation of prestress in anchors versus time表1 锚杆中的预应力变化T ab.1 V ariation of prestress in anchors锚杆锁定荷载/kN预应力损失/%基底垫层打好,预应力增长/%注浆量/kg 二次高压注浆量/kgy 12057.3(25d )39.01500450y 221010.5(25d )18.61150750y 3150 1.33(2d )18.2600300y 42017.0(24d )59.7900300y 52266.2(2d )60.6950600 从表1和图7可以看出:对锚杆施加的预应力越高,其在开挖前的预应力损失也越大;在土体开挖到基底后,预应力的增长幅度则不能确定.预应力在后期基坑开挖过程中的增长,主要和基坑的开挖方式、开挖速度有关.同时还和锚杆的位置有关,如Y 4和Y 5两根锚杆分别位于基坑两长边的墙体近中间位置,故基坑开挖到底后,其受力肯定较其余3根位于两短边墙体的锚杆不同.在相同的预应力水平下,后期的预应力增长幅度前者要比后者大许多.此外,锚杆的注浆量对锚杆的预应力也有影响.锚杆的注浆量越大,其预应力损失则稍偏高,但第二次高压注浆量越多,锚杆的预应力损失却稍偏低.究其原因,第一次注浆后,初步形成了锚杆的锚固体,对周围的土体进行一次挤压和向土中扩散浆液,加固了土体,使土体的固结度提高;二次高压注浆后,进一步向土体中扩散浆液,使土体、锚固体更加密实.由此不难看出,二次高压注浆量越大,地层的固结越高,反映到锚杆上则预应力损失较小.2.5 注浆对锚杆承载力的影响为研究注浆对锚杆承载力的影响,本工程对其中2根锚杆进行了二次常压注浆与二次高压注浆的对比试验,其中一次注浆的压力均为0.9M PA ,试验结果见表2.表2 注浆方式对承载力的锚杆影响T ab.2 E ffect of grouting mode on pull resistance of anchor注浆方式最大注浆压力/MPa注浆量/Kg 一次二次承载力/kN二次高压 3.78005004273.5900350408二次常压1.010*********.9120050282 比较二者的极限承载力,可以看出二次高压注浆的极限承载力平均可以提高1.4倍,二次常压注浆甚至达不到设计工作荷载,可见注浆方式对锚村的承载力的影响不可忽视.究其原因,常压(0.5～1.0M Pa )注浆主要是充填钻孔掏空或天然沉积溶空,这时基本上没有多大的阻力.二次高压(3.0～5.0M Pa )注浆,是在一次充填完成的基础上进行的,一次注浆形成的注浆体已有一定的强度.高压对原水泥浆进行了沿锚杆杆体不同位置的劈裂,这样浆液在土中沿部分土层的层理界面对土体进行挤压、扩散,形成层状、板块状和脉动状分布,构成土体的骨架.随着注浆的连续进行,注浆压力增大,土层的吃浆量、吃浆速度逐渐减小,层面裂隙不断填满,土层被压密,土颗粒被移动、重新排列、水气排出,这样起到加固土体的作用,从而提高锚杆的承载力.2.6 锚杆对墙顶水平位移的影响为反映工程信息,及时采取工程措施,在该基坑施工时进行了现场监测,图8为锚杆所在连续墙墙顶位移随时间的变化曲线.图8 连续墙墙顶水平位移随时间的变化Fig.8 Displacement on diaphragm top versus time195 第5期王景春等:深基坑支护中锚杆的预应力与摩阻力试验从图8中可以看出:1)施加锚杆前位移-时间的变化速率比施加锚杆后位移-时间的变化速率大.2)锚杆张拉完毕后(第41d),由于预应力的作用,可以将连续墙回拉2～4mm.3)在基坑开挖到设计深度,底板浇注完成后,连续墙的位移会较为稳定、近于不变,且连续墙的位移对基坑突然的开挖较为敏感.这与锚杆在同一时间内的受力变化相似.3 结 语 1)对于本工程来说,锚杆的设计是合理的,达到了设计的承载力.锚杆对地下连续墙的水平位移有一定的影响,锚杆杆体的受力变化对基坑的开挖比较敏感.2)锚固体与土体间摩阻力沿锚杆长度的分布是不均匀的,在孔口附近最大,沿锚杆长度从孔口向孔底衰减.根据本试验的情况说明,随着时间的延长,锚杆锚固体与土体之间的摩阻力是逐渐提高的,但是锚杆的摩阻力在不同位置时,其增长的峰值却不是同时出现的.所以摩阻力的分布规律与摩阻力水平有关.3)锚杆预应力随时间的变化有损失,对本工程来说,其损失程度在6%～10%之间.锚杆内的预应力变化与锚杆的位置、注浆量和锁定荷载有关,锚杆内的预应力对基坑的开挖非常敏感.参考文献:[1]刘建航,侯学渊.深基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.[2]张乐文,王稔.岩土锚固理论研究之现状[J].岩土力学,2002,23(5):6272631.ZHAN G Le2wen,WAN G Ren.Research on status quo of anchorage theory of rock and soil[J].Rock and Soil Mechanics,2002,23(5):6272631(in Chinese).[3]程良奎.岩土锚固的现状与展望[J].土木工程学报,2001,34(3):7212.CH EN G Liang2kui.Present status and development of ground anchorages[J].China Civil Engineering Journal,2001,34(3):7212(in Chinese).[4]贾金青.复杂地层深基坑支护的方法与实践[J].岩土锚固工程,2000(2):48252.J IA Jin2qing.Method and practice for retaining of deep excavation in complex ground[J].Engineering of Anchorage of Rock and Soil,2000(2):48252(in Chinese).[5]高永涛,吴顺川,孙金海.预应力锚杆锚固段应力分布规律及应用[J].北京科技大学学报,2002,24(4):3872390.GAO Y ong2tao,WU Shun2chuan;SHUN Jin2hai.Application of the pre2stress bolt stress distributing principle[J].Journal of University of Science and Technology Beijing,2002,24(4):3872390(in Chinese).[6]朱焕春,吴海滨,赵海斌.反复张拉条件下锚杆工作机理分析[J].岩土工程学报,1999,21(6):6622665.ZHU Huan2chun,WU Hai2bin,ZHAO Hai2bin.Experimental study on bolting mechanism under cyclic tensile load[J].Chinese Jounal of G eotechnical Engineering,1999,21(6):6622665(in Chinese).[7]李宁,韩煊,陈飞熊,等.预应力群锚加固机理的数值试验研究[J].岩土工程学报,1997,19(6):60266.L I Ning,HAN Xuan,CH EN Fei2xiong,et al.Numerical model test on strengthening mechanism of prestressed bolts [J].Chinese Jounal of G eotechnical Engineering,1997,19(6):60266(in Chinese).[8]中国工程建设标准化协会.土层锚杆设计与施工规范CECS(22290)[M].北京:中国计划出版社,1991.(责任编辑:彭守敏) 295 江南大学学报(自然科学版) 第6卷 。
深基坑桩锚支护变形有限元分析曹剑波
图 3 有限元模型
桩身、锚索 （ 锚杆） 和土体都采用六面体 8 节点 实体单元，每个节点具有 X，Y，Z 三个方向的自由 度。这种单元结 构 具 有 塑性、膨胀、潜 变、应力强 化、大变形和大应变的能力［6］。桩和土的接触采用接 触单元，锚索和土共用节点接触； 桩、锚索等支护结 构的本构模型为线弹性； 土体本构模型为 D － P 模 型。支护结构几何模型见图 4。
2. 2 有限元模型 本文以 基 坑 北 侧 的 两 根 桩 宽 度，开 挖 深 度 约
13. 0 m，建立三维模型来计算基坑的开挖过程。根据 基坑实际情况和以往的有限元数值模拟结果，基坑开 挖的影响宽度大约为开挖深度的 3 ～ 4 倍，影响深度 大约为深度的 2 ～ 4 倍，结合基坑的实际情况，本文 选取长 63. 2 m，深 59. 3 m，厚 6. 2 m 实体区域进行有 限元模拟计算。
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路基工程
Subgrade Engineering
2012 年第 6 期 （ 总第 165 期）
深基坑桩锚支护变形有限元分析
曹剑波，张剑彪
（ 中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023）
摘 要： 桩锚支护具有一系列优点，已成为基坑支护中最常用的方法之一。通过深圳某深基坑开
挖过程的有限元数值模拟，得出了桩体水平位移、桩后土体沉降的变化规律，并将计算位移值与实际
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路基工程
Subgrade Engineering
2012 年第 6 期 （ 总第 165 期）
B 两点增长最快，但在第三步开挖后，水平位移基本 上呈匀速增加，桩顶 A、B 两点的增长速率比前三个 开挖步有所减小，且比其他点的速率增长值也要小。
桩锚组合支护结构在某工程深基坑中的应用探讨
小 区 路
图 １ 基 坑 平 面 示 意 图
周 边 均为 道 路 与 建 筑 物 ， 场 地 内地 下 水位 较 高 ，地 下水 丰 富， 开挖 范 围 内土 层 为杂 填 土 、 泥 质土 以及 粉 细 砂 层 。工 程 砂 淤
水 帷 幕 可 以考 虑 采 用 上 部 深 层 搅 拌 桩 下 部 摆 喷 桩 作 为 止 水 帷 幕 ， 方 案造 价 与 其 他 方 案 比较 较 低 ， 本 工 程 周 边 均 为重 要建 该 但 筑物与道路、 管线 ， 支 护 结 构 的 变 形 要 求 严 格 ， 复 合 式 土 钉 对 而 墙 的支 护 结 构 变形 一 般 较 大 ， 且 土 钉施 工过 程 中会 造 成 大 量 地
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图 ４ 压顶梁 Ｙ ＤＬ大样 图
图 ３ 桩 布 置大 样
桩 锚 式 支 护 结构 工 期 较 短 ， 工程 造 价较 低 ， 影 响 地 下 室 结 不 构 施 工 ， 合 本 工程 施 工 。锚 索 在 砂层 中难 以施 工 、 造 成 地 下 适 会 水 与 砂土 流 失 而 造成 地 面 沉 陷 的施 工 难 点 ， 可 通 过 采 用 预 应 力 锚 杆 的“ 水钻 进 成 孔 法 ’ 工 工 艺 以及 跟 套 管 钻 进 工 艺 加 以 解 压 ’ 施 决 。综 合 以上 所述 ， 工程 确 定 采 用 钻 孔 桩 ＋ 应 力 锚 索 支护 方 该 预 案 。电梯 井 位 置采 用 放 坡 。具 体 做法 见 图 １ 图 ２ 、 。
深基坑变形监测的分析与研究
深基坑变形监测的分析与研究【摘要】：随着经济的发展，建筑物深基坑开挖的深度和规模也越来越大，为保证周边建筑物及深基坑施工安全，深基坑施工中的变形监测显得尤为重要。
本文对深基坑施工变形的检测项目进行了分析，并提出了检测控制的措施，以供参考。
【关键词】：深基坑；变形监测；中图分类号：tv551.4 文献标识码：a 文章编号：引言在岩土工程界，如何确保深基坑施工安全，同时减低基坑施工对周围设施和建筑的影响一直是一项重要的研究课题。
因此，对深基坑施工过程和周围建筑的变形进行监测，了解和掌握变形规律，研究如何采取有效措施强化深基坑围护结构，消除深基坑施工对周围结构影响，保证施工安全是一项很有意义的工作。
一、深基坑施工对周围环境的影响深基坑施工过程中，会对周围环境造成一定的影响，主要表现为1、由于基坑开挖造成地下水位下降，同时需要修筑基坑维护设施，会造成基坑四周土体的不均匀沉降，从而影响周围建筑物的安全稳定以及市政管线等的有效使用；2、结构和工程桩若采用挤土桩或部分挤土桩，施工过程中挤土效应将对邻近建(构)筑物及市政管线产生不良影响；二、深基坑施工变形分析1、基坑底部土体膨胀变形分析基坑底部土体膨胀变形主要是由于基坑开挖的卸载效应造成的，坑底回弹及隆起是土体竖向卸载效应改变了坑底土体初始应力状态的反应。
当基坑开挖深度不大时，坑底土体在卸载后产生竖向弹性回弹，坑底弹性回弹的特征是坑底中部隆起较高，当基坑开挖到一定深度，基坑内外的高差不断增大，基坑内外高差所形成的加载条件和各种地面超载作用，就会使围护结构和坑外的土体在不平衡力的作用下向坑内移动，进一步对坑内土体产生侧向推挤，从而使坑内土体产生向上的塑性隆起，同时在基坑周边产生较大的塑性区，引起地面沉降。
2、基坑外围土体变形分析基坑外围土体的变形主要表现为土体的沉降变化。
其原因主要是因为:（1）因降水导致墙外土层固结和次固结沉降，以上几种原因是在施工过程中无法避免的必然会造成坑外土体沉降的原因。
深基坑支护施工“桩锚支护形式”与管理措施
深基坑支护施工“桩锚支护形式”与管理措施深基坑支护是土木工程施工中的一个重要环节，尤其在城市建设中，由于土地资源有限，建筑物的地下空间利用率需求高，因此对深基坑支护工程的要求也更加严格。
在深基坑支护工程中，“桩锚支护形式”是一种常见的支护方式，其在支护效果和施工管理方面具有独特的优势。
本文将从“桩锚支护形式”的特点和施工管理措施方面展开探讨。
一、“桩锚支护形式”的特点1、稳定性好：桩锚支护形式主要通过钻孔灌注桩和锚杆两种方式进行支护，能够有效地增加土体的稳定性，防止土体坍塌，保护基坑周边建筑物的安全。
2、适用范围广：桩锚支护形式适用于不同地质条件下的深基坑支护工程，可根据具体工程情况选择合适的支护措施，具有较强的适用性。
3、施工便利：桩锚支护形式施工技术成熟，工艺简单，施工周期短，能够有效提高施工效率。
4、经济实用：相较于其他支护形式，桩锚支护形式不仅具有较好的支护效果，而且成本相对较低，是一种较为经济实用的支护方式。
二、桩锚支护施工管理措施1、施工前的准备工作在进行桩锚支护施工前，需对现场地质情况进行详细勘察，了解地层情况和地下管线等情况，为后续施工提供可靠的数据支持。
同时还需制定详细的施工方案和安全预案，做好施工前的技术交底和安全教育。
2、施工过程中的监控与控制在桩锚支护施工过程中，需要对支护工程进行实时的监控与控制。
通过实时监测仪器对桩体的成孔情况、灌浆情况等进行监测，及时发现问题并进行调整。
对施工进度和质量进行全面监控，确保施工按照规定程序进行，保证工程质量。
3、施工后的检查与验收桩锚支护工程施工完成后，需进行详细的检查与验收。
对桩体成孔的深度、灌浆的质量等进行全面的验收，确保各项指标符合设计要求，保证工程质量。
4、安全生产措施在桩锚支护施工过程中，安全生产是施工管理的重点。
需严格按照相关安全规定进行施工，并定期进行安全教育和技术培训，提高施工人员的安全意识和施工技能，确保施工过程的安全稳定。
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深基坑桩锚支护的受力与变形研究
【摘要】鉴于桩锚土相互作用的影响，结合实际工程，探究深基坑桩锚支护结构受力与变形的特征。
经过研究表明，对桩锚支护结构受力和变形特性存在较大影响的包括：土层锚杆、支护桩的刚度、被动区土的“m”值以及分步开挖深度四个方面，其中土层锚杆起主要性作用。
【关键词】深基坑；桩锚土；受力；变形
1.引言
土层锚杆、护坡桩、腰梁和冠梁四个部分共同组成桩锚支护体系。
如果基坑地下水位比较高，支护桩后必须有防渗堵漏的水泥土等，以确保万无一失，它们之间相互联系、相互作用、相互影响，缺一不可，共同形成一个整体。
现如今，世界各地深基坑的深度由原来的几米到现在的几十米，桩锚支护结构不仅得到了广泛的应用而且获得显著的经济效益。
尽管如此，其中也有许多失败惨痛的教训，因此，提高基坑支护设计水平，对桩锚支护的影响因素进行分析与探讨是必不可少的。
根据实际经验与实际工程，本文主要利用桩土锚相互作用对深基坑支护的受力与变形进行研究。
2.基坑基本情况
本文分析的对象为某科技大楼深基坑。
基坑内的土层为中等硬度土。
基坑开挖深度为12.24～15.44m，3层地下室，基坑面积大约为1530.0m2。
一桩一锚，所以基坑支护采取的是桩锚结合的型式，并且采用了直径为1.0m的人工挖孔作为支护桩。
采用二次压力注浆锚杆，预应力锚固。
3.桩锚支护的受力与变形特性的计算分析与研究
土压力的计算分析模式有很多种，目前主动区采用修正Teshebotarioff模式计算分析土压力，被动区采取“m”法值计算土压力。
并且土压力与土体位移有关联，因此，应根据实验值确定计算过程中的土压力与土体位移的联系。
3.1分步开挖受力与变形特征
图1表示分步开挖时支护结构受力和变形特性。
支护桩顶位移的测试值与计算结果比较接近，所以，此次的计算结果相对有效与合理。
分析各步开挖情况得知，每开挖一步，支护桩位移就会有所增加，并且第一步开挖增加幅度最大，如图1（a）。
所以，应该尽量减少第Ⅰ步开挖在实际基坑开挖的幅度。
要确保弯矩和剪力无突变值，就要保证没有土锚作用。
因为土锚的作用会使弯矩与剪力发生突变，如图1（b）、（c）。
（图1、2中Di、Mi、Qi（i=1-4）依次表示第i步开挖的位移、剪力与弯矩）。
土锚的作用使弯矩的最大值减小，支护结构的受力分布相对均匀。
在每一步开挖中，支护位移与土压力的关系不断改变，因此，土锚受力应不断进行调整与协调，保证支护位移与土压力在合理的范围内，以达到最佳状态。
尽管如此，同一层土锚在不同的开挖工况时，受力也不相同，其趋势逐步增加，增加了工程设计中的难度。
3.2土锚位置优化
经研究表明，土锚对支护结构的变形产生最大的影响是在桩锚支护结构中，而且桩锚支护结构中土锚对位移的影响起主要性作用。
例如，当基坑开挖7.0m，并且无土锚作用时，基坑位移可达到369mm极有可能引发基坑周围建筑物的损坏，造成经济损失。
但是当有一层土锚作用时，位移仅有33.51mm。
当基坑开挖14.0m，土锚插入深度达到5.0m时，基坑无法保持稳定。
因此，桩锚支护结构中土锚对位移的设计应谨慎，并且合理化。
每一个基坑，土锚都有一个最佳的分布方式，确保支护结构的受力与变形达到最佳状态，避免建筑物的损坏，减少不必要的经济损失。
每一层的土锚影响都不相同，第2、3层土锚影响相对较小一点。
因此，本文主要针对第一层土锚的位置进行探究与分析。
经计算结果显示，要想改变支护桩位移必须改变土锚离支护桩顶距离，并且土锚离支护桩顶距离越大支护桩位移就越大，反之越小。
当支护桩位移变大，相应锚固力也会变大。
只要支护桩位移变小，3层土锚锚固力才能均匀分布（方案Ⅱ），但最大剪力和最大弯矩会随之变大。
方案Ⅰ是土锚沿基坑深度方向均与布置的，所以支护结构位移相对于Ⅲ、Ⅳ方案较小。
对于支护结构力，第一层土锚离支护桩顶距离越小其值越大，反之越小。
因此，综合考虑结构的位移和工程的造价等问题共同确定土锚在工程实际中的布置，达到最优化。
3.3支护桩刚度对支护桩位移的影响
桩身混凝土强度与桩的直径两者共同体现出支护桩刚度。
等级不变，直径越小，刚度则越小。
对于支护桩直径为0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，m进行计算位移时，计算结果显示：支护桩的刚度越小，支护桩的位移就会越大，反之越小；但是当支护桩的直径大于0.9m时，这种趋势就会减小，但并不明显。
因此，在实际工程中，应该适当增加支护桩的刚度来维持深基坑的稳定。
3.4被动区不同m值对支护桩位移的影响
中等硬度土为本基坑内土层，所以，对m值为10000、8000、6000kN/m4进行支护桩的受力与位移的计算。
研究结果显示：提高m值，可以减少支护桩的位移，如果m值过高，减少的趋势将会不明显。
基坑开挖如果为淤泥质土时，其m值相对低一点。
因此，加固被动区土体，有利于提高被动区的m值，而且可以减少支护结构的位移，一举两得。
4.检测深基坑桩锚支护结构受力与变形
检测基坑包括：土锚测试、土压力、支护桩水平位移和基坑周围地面。
4.1土锚测试
抗拔力与锚身钢筋应力测试为土锚抗拔实验的主要研究对象。
结果显示，大部分锚固力在400kN以内时，锚土截面位移小于6.0mm；在正常的使用范围内，土锚锚固段内钢筋应力伴随深度的减小而快速增加，反之减小。
4.2土压力测试
现如今主动区土压力的模式包括：Coulumb土压力、Rankine土压力、Techbotarioff土压力和Terzaghi-Peck土压力。
但是每一种土压力模式的优缺点都不相同，各有千秋。
所以，在S-3点预埋土压力盒进行土压力测试，目的是为了调查本基坑土压力的模式。
测试结果显示：本基坑土压力模式与Techbotarioff土压力模式类似。
因此说明，此土压力可以表达多根土锚的支护作用，并且伴随着土压力与土体位移的关系。
4.3现场基坑监测
现场监测任重而道远，时间漫长，监测过程必须仔细、谨慎。
图3表示基坑周围支护结构水平位移的检测.准确表达了每一部分水平位移的特点，以便在实际工程中作出相关的措施。
图4表示在S-3点进行支护桩沿深度方向的水平位移监测。
监测显示，在此支护结构条件下，土压力测试S-3点所处的位移是28.0mm，最大沉降值可达到5.3mm，并且基坑周边最大水平位移是31mm。
所以，基坑周边环境与建筑物在开挖过程中并未发生破坏。
5.结语
综上所述，分步开挖的深度、支护桩刚度、被动区土的m值、土锚的位置以及土压力模式等因素共同影响深基坑桩锚支护的受力与变形。
土层锚杆的影响最大，起关键性作用，因为土锚的作用可以使支护结构的位移减小，维护基坑的稳定性，避免周边建筑物的破坏；如果没有土锚作用，原先的支护结构就会转变为悬臂结构，悬臂结构很难维持基坑的稳定，造成桩锚的受力不均匀与结构变形，给社会带来难以估量的损失。
因此，应该综合考虑各种因素在实际过程中，力求达到最佳的效果，确保经济安全与社会和谐。
参考文献
[1]邱洪志.交通荷载作用下基坑支护结构受力变形分析[D].郑州大学，2012.
[2]李永.深基坑桩锚支护结构设计应用研究及数值模拟分析[D].吉林大学，2011.
[3]毕鑫.深基坑桩锚支护结构现场试验及数值模拟研究[D].燕山大学，2011.
[4]盖全芳.深基坑桩锚支护结构受力性能数值模拟分析[D].青岛理工大学，2011.
[5]高芬.基坑开挖对周围地埋管线及土体变形影响分析[D].北京交通大学，2012.。