郭學達，于清楊，孫 晶

(1.吉林大學 建設工程學院，吉林 長春 130021;2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學，天津 300222)

1 噴錨支護結(jié)構(gòu)

噴錨支護是噴射混凝土、各類錨桿(管、索、栓)和鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護的簡稱。由于其安全可靠、操作靈活、造價低，特別適用于小場地、深基坑情況下施工，近年來越來越多地應用于深基坑邊坡支護工程并且取得了良好的效果。本文結(jié)合一個深度約7.5 m的住宅樓基坑工程，采用數(shù)值模擬分析方法對噴錨支護邊坡位移進行模擬驗算及定量分析。

錨桿(索)、鋼筋網(wǎng)、混凝土噴面共同組成噴錨支護結(jié)構(gòu)。噴射混凝土在高壓空氣作用下，高速噴向土層表面，先期骨料嵌入表土層內(nèi)，并為后繼料流所充填包裹，在噴層與土層間產(chǎn)生“嵌固層效應”，并隨開挖逐步形成全封閉支護系統(tǒng)。噴層與嵌固層共同具有保護和加固表土層，使之避免風化和雨水沖刷、淺層坍塌、局部剝落以及隔水防滲等作用。錨桿(索、管等)的錨固段深固于滑移面之外的土體內(nèi)部，其外錨固端同噴網(wǎng)聯(lián)為一體，可把邊壁不穩(wěn)定體“危機”轉(zhuǎn)移到內(nèi)錨固段及其附近并消除于無形。鋼筋網(wǎng)可使噴層具有更好的整體性和柔性，能有效地調(diào)控噴層與錨桿內(nèi)應力分布。

常見的放坡與噴錨相結(jié)合的噴錨支護結(jié)構(gòu)，其示意如圖1。

2 工程實例

2.1 工程概況

圖1 噴錨支護結(jié)構(gòu)

某商業(yè)—住宅樓基坑深度約7.5 m，電梯井深度為9.5 m?；游鱾?cè)邊坡外有一排二層樓房，距擬建建筑物西側(cè)基礎邊線為5.5 m，條形基礎埋深1.2 m，場地條件不具備天然放坡的條件。同時需限定基坑開挖后邊坡水平位移與建筑物垂直位移，因而基坑西側(cè)邊坡采用放坡與噴錨相結(jié)合進行支護。基坑西側(cè)邊坡土層:①雜填土，厚度約1.5 m，重度為1 800 kN/m3，黏聚力為18 kPa，內(nèi)摩擦角為15°;②粉土，厚度約4.0 m，重度為1 960 kN/m3，黏聚力為 12 kPa，內(nèi)摩擦角為23°;③黏性土，厚度約 6.0 m，重度為1 980 kN/m3，黏聚力為22.5 kPa，內(nèi)摩擦角為11°。地下水位埋深為6.0 m，類型為潛水。

2.2 支護結(jié)構(gòu)設計

基坑西側(cè)邊坡采用放坡與噴錨相結(jié)合進行支護。坡度系數(shù)為1∶0.3，共布置4道錨桿，錨桿施工參數(shù)見表1。坡面鋼筋網(wǎng)為φ8@200 mm×200 mm，圍檁采用1根［18a槽鋼?；娱_挖前進行了降水處理。

2.3 位移監(jiān)測

該邊坡支護在20 d內(nèi)完成，支護效果較好。

觀測點分別設在邊坡坡頂(間隔20 m)及相鄰建筑物墻角處。從基坑開挖至基坑邊坡支護工程完工后，累計最大水平位移為8.0 mm;基坑西側(cè)二層樓房累計最大沉降量為1.8 mm。邊坡水平位移在第四道錨桿(索)張拉鎖定后趨于穩(wěn)定。邊坡支護工程結(jié)束后繼續(xù)監(jiān)測，在隨后的10 d內(nèi)邊坡位移均無出現(xiàn)較大增量。

表1 錨桿施工參數(shù)

3 噴錨支護邊坡位移分析

3.1 計算模型

數(shù)值模擬分析不僅可以模擬開挖支護全過程，而且還可以得到基坑邊坡土體的位移場值、應力場、支護結(jié)構(gòu)的應力以及各節(jié)點的位移。因此，在這里選取數(shù)值模擬方法進行位移穩(wěn)定性分析。

由于最大位移量出現(xiàn)在基坑西側(cè)，所以這里只模擬基坑西側(cè)邊坡開挖與支護過程。為了保證計算速度和足夠的計算精度，整體模型共4 485個單元，5 760個節(jié)點;本構(gòu)模型采用經(jīng)典的庫侖摩爾模型;基坑采用空模型模擬開挖;基坑支護采用錨索單元與殼單元。西側(cè)二層樓房荷載值按30 kPa考慮，靠近基坑邊坡部分超載按15 kPa施加于地面?；娱_挖前初始模型與基坑挖至槽底及加入支護結(jié)構(gòu)單元的模型分別見圖2和圖3。

圖2 基坑初始模型

圖3 基坑模型及結(jié)構(gòu)單元

3.2 位移計算結(jié)果及分析

計算中對模型中6個節(jié)點的位移進行了記錄。節(jié)點的位置分別對應于基坑邊坡監(jiān)測點:坡頂位置設置了3個水平位移監(jiān)測點，由于選取模型關系，監(jiān)測點間隔0.8 m;在二層樓位置也設置了3個垂直位移監(jiān)測點，監(jiān)測點間隔0.8 m。數(shù)值模擬過程與實際施工開挖步驟相同，即開挖深度分別為2.0 m，3.6 m，5.2 m和6.8 m，掛網(wǎng)噴混凝土、錨索張拉并鎖定分別對應于1，2，3，4 號工況。

3.2.1 邊坡坡頂水平位移分析

邊坡坡頂水平位移數(shù)值模擬計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 邊坡坡頂記錄點位移隨工況變化曲線

1)從圖4還可以看出，隨著基坑開挖的進行，邊坡坡頂水平位移逐漸變大，同實際監(jiān)測的位移曲線形狀相似。其中最大水平位移出現(xiàn)在工況4(即挖至槽底)，最大模擬水平位移值為11.9 mm，實測最大水平位移值為8.0 mm。

2)從數(shù)值模擬的位移值看，3個點的位移值沒有太大的差異，基本相等。

3)從圖4可以看出，隨著開挖深度的增加，邊坡坡頂水平位移值持續(xù)增加，這與一般規(guī)律相符。

3.2.2 西側(cè)建筑物沉降位移分析

對西側(cè)建筑物選取3個沉降點進行數(shù)值模擬分析，其位移值與實測位移值見圖5。

1)從圖5可以看出，工況1、2、3對于建筑物的沉降位移并沒有太大的影響，其垂直沉降位移一直保持在1 mm左右，隨著開挖深度的增加，挖至槽底即工況4時，位移出現(xiàn)較大的增加，最大位移為2.9 mm，實測位移為1.8 mm。

2)圖中數(shù)據(jù)顯示，開始開挖時沉降點出現(xiàn)了向上的位移，數(shù)值為0.3 mm。原因可能為基坑開挖，邊坡臨空面附近水平應力為零，引起相鄰建筑物相互擠壓造成向上的位移。3個點的數(shù)值模擬沉降計算值基本相等。

圖5 建筑物記錄點沉降位移隨工況變化曲線

3)從圖5還可以看出，沉降記錄點的位移隨著開挖深度的增加而持續(xù)增加?；由疃鹊脑黾又苯訉е孪噜徑ㄖ锏某两抵档脑黾?，造成建筑物的不均勻沉降，這對基坑支護的安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。

4 結(jié)論

將模擬結(jié)果與工程實測結(jié)果對比，得出如下結(jié)論:

1)噴錨支護的邊坡水平位移小，為開挖深度的0.11%，穩(wěn)定性較好。噴錨支護結(jié)構(gòu)主動支護土體，并與土體共同工作。鋼筋網(wǎng)噴層具有較好的整體性與柔性，可以有效地調(diào)整錨桿與噴層內(nèi)的應力分布。

2)基坑外圍相鄰建筑物最大沉降值為1.8 mm。對于基坑周圍存在重要建筑物，工程進行不僅要保持本身的穩(wěn)定性，更不能對相鄰建筑物造成影響或破壞，在這種情況下噴錨支護結(jié)構(gòu)可以滿足該要求。

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