关于某深基坑桩锚支护结构的设计分析

关于某深基坑桩锚支护结构的设计分析

摘要：近年来，随着城市建设的飞速发展，高层、超高层建筑越来越多，基坑也越做越深、越大。本文结合实际情况介绍了支护结构的设计方法进行了阐释。

关键词：深基坑；桩锚支护 1.桩锚支护设计

1.1桩锚支护结构的工作机理

由于土压力、地下水压力及深基坑周围建筑物等附加荷载的存在，排桩体向基坑内侧倾斜，同时产生相对位移，致使排桩嵌固深度范围内的土体产生被动土压力，来抵消部分主动土压力的作用，桩锚支护结构中对锚杆施加的预应力，最大能抵消50%～65%土压力，当锚杆未施加预应力时，在附加荷载作用下，部分主动土压力被由侧向位移产生的桩体抗力所抵消，即被动土压力和锚杆的极限锚固力大于主动土压力，桩体变形未超过变形允许范围时，支挡结构有效。反之，支挡结构失效。

锚杆的受力机理一般认为首先是通过锚杆(钢筋或者钢绞线)和水泥砂浆之间的粘结力传给锚固体，锚固体与周围的土体之间的摩擦力再传给土体。

1.2弹性地基梁法的基本原理

目前在多支点桩锚支护结构设计中应用较多的是弹性地基梁法，其原因是相比较等值梁法来说计算结构比较精确，能够考虑支护结构的平衡条件、支护结构与土的变形协调，计算中需要的参数单一，并且在大量的实际工程中已积累了很多经验，为此弹性地基梁法在桩锚支护结构设计中得到广泛的应用[23-28]

取单位宽度的桩墙作为竖直放置的弹性地基梁，将主动土压力作为施加在桩墙水平荷载，内侧承受土抗力，根据Winkler地基模型，土的横向抗力P与桩侧土的压缩模量成正比，而桩侧土的压缩量等于桩的横向位移，于是有：

P=Ksxb0(2.1)

P为土的横向抗力，N/M；Ks为地基反力系数，N/M3；x为桩的横向位移，m；b0为桩的计算宽度，m。

m法即地基反力系数沿着深度按照线性规律增大，即Ks=mz，因此根据“m”法，可以得出Ks=mzxb0，锚杆可以简化为不同弹性模量的弹簧，若忽略桩挠曲引起的摩擦力，桩的受力模型可以简化为土2.1

“m”法的计算原理：设置于的竖向弹性桩，地面处承受横向荷载(水平力H0和弯矩M0)，桩身受水平荷载q(z)作用，在荷载作用下，桩将发生挠曲，支撑桩

的弹性介质(土)产生连续分布的土反力。将定桩上任意一点z处单位桩长反力P为深度z和该点桩扰度y的函数，即P=(z，y)，见图1。若忽略桩由于挠曲引起的紧身摩擦阻力，则各截面只有水平向的地基土压力。

取桩身一个微元体分析 (1)

将q(z)=0，p(z,y)=mzyb0代入上式得出： (2)

式中，利用幂级数法求解，并规定位移y，剪力H，地基反力σy的方向与y轴的正方向一致时为正，桩的右侧纤维受拉时M为正，反之为负。ϕ0逆时针方向，顺时针方向为正。解得：

深度y处的横向位移

（3）

深度y处的转角

（4）

深度y处的弯矩

（5）

深度y处的剪力 (6)

H0、M0为作用与地面处桩上的荷载，y0、ϕ0分别为地面处桩的水平位移和转角，A1、B1、…D4均为无量纲的常数，其值可查表求得。根据边界条件可以求得y0、ϕ0后，代入上述格式，即可求解。

计算参数m已有现成的值，在计算中操作比较简单。

2.工程实例

某工程场地南北长约220.0m和约190.0m，东西宽约87.0m，总占地面积约21989.0m2。拟建报业大厦地上层数二十层，裙楼七层，地下层数二层，地上建

筑面积约150773.0m2，地下建筑面积约34814.0m2，总高度为62.0m，地下单层层高4.2m，基础拟埋深10m，结构形式为框剪结构和剪力墙结构。

3工程地质条件及水文地质

3.1场地地基土构成与特征

根据场地周边建筑物及现有建筑物的地质资料，场地地层以第四纪冲-洪积层（Q4al+pl）为主，现分述如下：

①层：杂填土（Q4ml），杂色；稍湿；稍密；包含建筑垃圾、混凝土地坪、旧基础及粉土等；结构杂乱；层厚约0.6~2.4m；该层场地内均有分布。

②层：粉土（Q4al+pl），黄色~暗黄；稍密~中密；稍湿~湿；不均；低液限；摇振反应中等；无光泽反应，干强度低，韧性低；夹薄层粉质粘土和中、细透镜体，包含少量钙质结核；具垂直及水平节理；具有湿陷性，层厚4.6~6.4m，层底埋深6.7~7.2m。

③层：圆砾（Q4al+pl），黄褐~灰白色；亚圆形；稍密~密实；级配不良；夹薄层粉土和中、细砂层。圆砾母岩成分以变质岩为主；最大粒径约140mm，初见埋深6.7~7.2m；厚度大于15.0m；存在于整个场地。

3.3场地水文地质条件

据调查了解，场地地下水埋深大于16.0m，水位变化幅度0.8m，属孔隙潜水类型。因而，该区总体呈东高西低的特点。

斜坡区构造单一，以缓慢稳定地大区域上升为主，总体呈向盆地倾斜，沉积层厚度向南逐渐减薄，地层之间不整合发育。

4基坑支护设计与施工

4.1土钉＋网喷

（1）施工设计

由于基础深度比较大，为了便于下面工作的开展，在-5m以上范围1:0.5放坡采用土钉墙及网喷支护，其具体设计方法如下所述：

1)该部分设置三道锚杆，竖向间距1.5m，距离地面分别为1.6m、3.1m、4.6m处；

2)锚杆长度分别为10m、10m、6m处，锚杆采用单根φ22螺纹钢，孔径150mm，倾角10°，水平间距1.5m，注浆水泥强度M10，水灰比0.45~0.55；

3)坡面钢筋网片尺寸φ6.5@300×300mm，菱形布置，强度等级C20，混凝土厚度100mm；

4)护顶外沿1000mm，混凝土厚度80mm，强度等级C20。

4.2支护桩、锚索及冠梁（桩锚支护段）

桩锚支护结构是由排桩和锚杆两部分组成。

（1）施工设计(支护桩＋锚杆部分)

1)桩径800mm，有效桩长17.7m，桩间距为1.5m；

2)钢筋笼主筋采用对称布置，钢筋选用16φ25@2000，螺旋箍筋选用φ10@150；

3)桩身混凝土强度等级C30，混凝土保护层厚度50mm；

4)桩顶标高-5.0m，桩间采用φ6.5@300×300mm，喷射混凝土强度C20，厚度为80mm；

5)设置四道锚索，锚索间距2.5m，分别设在距地面以上8.9m、13.4m、15.9m、18.4m处；锚索总长从上到下分别为25m、24m、23m、22m，锚索采用4束φ7.5钢绞线，如图2.4为锚索施工；

6)锚索直径200mm，水平倾角15°，注浆水泥强度M30，分两次高压注浆，注浆压力为1.5MPa；

5.3本工程支护桩的施工：

(1)钻孔灌注桩施工：将导管埋入混凝土3mz左右，在灌注混凝土的过程中，勤提勤拔导管，以免导管埋入混凝土深度过大，对灌注混凝土、和泥浆不利。灌注桩在浇筑混凝土时，要注意每次浇筑混凝土的时间间隔不能超过0.5h；

(2)钻孔定位：准备钻孔前应将钻机的底座调整平稳，以免在钻孔过程中出现钻孔位置的偏差，采用罗盘调整好钻机的角度，其中角度的偏差不允许超过2°高差不超过30mm；

(3)钻孔：钻孔前将钻机的钻头调整在锚杆孔位下标施钻，孔位的偏差控制在小于100mm内，开始施钻时应该缓慢的钻孔，钻孔钻进0.5m以后开始正常施钻，在施钻过程中，要随时调整钻孔角度，以免超过允许误差。钻机施钻的深度控制在0.2m；钻进速度控制在0.3~0.5m/min，拔出速度控制在0.5~0.6m/min；

(4)清空：钻孔完毕后应将孔底的沉渣高压泵进行冲洗；钻孔内的沉渣不允许超过0.3m；

(5)锚杆制作：锚索在钻孔的同时现场进行编制，将截好的钢绞线放在作业平台上，按照设计要求量出锚固段和锚索设计长度，并做好标记，锚固段的范围内每个0.6m~1m穿对中隔离支架，并绑扎固定环一道隔离支架之间，在张拉段每个1m绑扎固定环并用套上套管，最后在锚杆的端头带好螺帽；

(6)插锚索：首先在穿插锚索时，要先检查锚索编号和孔编号是否一致，然后人工插进锚索；

(7)注浆：将注浆管插入孔低，浆体先注入孔底；

(8)锚索张拉：该工程采用整体分级张拉的办法，先对每根钢绞线进行张拉，每级稳定时间为2~3min，3d后再进行整体钢绞线的张拉；

(9)封口注浆：对钢绞线进行整体张拉后，立即进行注浆，从预留孔的位置插入注浆管，直至插入锚固段以上0.5m的位置开始注浆，施工完毕后，从截断钢绞线，再喷混凝土保护层80cm。

5.4冠梁、腰梁

（1）施工设计

1)冠梁截面800×1000mm，主筋14φ22，箍筋φ8@250，混凝土强度C30；其下设置100mm厚C15混凝土垫梁，主筋保护层35mm，垫层两边宽出构件建边缘各100mm，桩主筋锚入冠梁长度750mm；

2)腰梁采用锚索腰梁采用2根25槽钢，角度钢靴尺寸250×250，厚度20mm，钢板焊接施加的预应力大小均为80KN；

冠梁的宽度应该大于或者等于桩径，高度应该是桩径的0.5-0.8倍，且大于400mm；桩顶纵向钢筋应该贯穿于冠梁内部，支护桩、冠梁的钢筋接头应该交错布置，且在一个截面内的钢筋接头数应该小于同一截面内钢筋总数的一半，混凝土的强度不应低于C20。

6结论

本文对桩锚支护深基坑的设计、施工、进行了讨论，对桩锚支护结构的发展现状、支护体系的工作机理进行了总结，并结合工程实践对其施工方法做了明确的介绍，为基坑边坡支护结构的各方面工作提供了较为完善的数据。使工程顺利有效地进行。

参考文献：

[1] 张碧霞. 深基坑支护新技术锚管桩的设计[ J] . 山西建筑, 2002, 28( 5) : 32- 33.

[2] 余志成, 施文华. 深基坑支护设计与施工[M ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 2002.