羅偉錦，郁文彬

(1.浙江省工程勘察院，浙江寧波 315010;2.浙江錢江房地產(chǎn)集團(tuán)有限公司，浙江杭州 310053)

軟土地區(qū)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變形分析

羅偉錦1，郁文彬2

(1.浙江省工程勘察院，浙江寧波 315010;2.浙江錢江房地產(chǎn)集團(tuán)有限公司，浙江杭州 310053)

通過計(jì)算分析及實(shí)測數(shù)據(jù)研究，認(rèn)為在軟土地區(qū)采用樁加土層錨桿的支護(hù)形式是安全可行的，錨桿抗拔力可以得到保證;另外，支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算變形曲線和實(shí)際相符，但考慮到土的蠕變性，側(cè)向位移計(jì)算值和實(shí)測值有較大出入。

深基坑;樁錨支護(hù);土層錨桿;土釘

0 引言

淤泥、淤泥質(zhì)土具有高含水率、高孔隙比、抗剪強(qiáng)度低、流動性大、高壓縮性、高靈敏性及蠕變性等特點(diǎn)，在軟土地區(qū)采用土釘墻支護(hù)，容易產(chǎn)生坑底隆起、整體失穩(wěn)等破壞。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)由支護(hù)樁、土層錨桿、冠梁(或腰梁)等組成，其受力模式可以看成樁加弱支撐的支護(hù)形式，可以有效提高抗隆起、整體穩(wěn)定安全系數(shù)，并可以在較深的基坑中應(yīng)用。

目前在軟土地區(qū)，面積較大、開挖深度在5～7 m之間的基坑工程中，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為理想，它具有安全可靠，施工方便，縮短工期，節(jié)約造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，但變形稍大，不宜在老城區(qū)使用。國內(nèi)對土釘墻支護(hù)在軟土地區(qū)中的應(yīng)用研究較多，如張晁等［1］在文章中介紹了軟土中土釘支護(hù)的設(shè)計(jì)方法及施工技術(shù);吳文等［2］對粉土地區(qū)某基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變形進(jìn)行了研究分析;李歡秋等［3］對軟土地區(qū)錨桿錨固力進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本文根據(jù)實(shí)際工程，結(jié)合位移監(jiān)測和土釘抗拔試驗(yàn)等，對樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。

1 基坑概況

本文研究的對象為寧波市某重點(diǎn)工程深基坑，其所處地層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。基坑開挖面積為 4.5 萬 m2，計(jì)算深度 6.3 m，局部 8.2 m，圍護(hù)采用φ500 mm沉管樁間距700 mm加3道土層錨桿，土層錨桿采用洛陽鏟人工成孔，孔徑110 mm，長度均為15 m，錨桿采用2次注漿。

表1 土的物理力學(xué)參數(shù)表

2 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

2.1 計(jì)算模型及參數(shù)

計(jì)算模型采用“樁加支撐”的形式，土層錨桿的支錨剛度根據(jù)錨桿的直徑、間距、長度等計(jì)算確定，本文支錨剛度取5 MN/m。地面荷載取20 kPa，土體與錨桿摩阻力取12 kPa。主動土壓力采用郎肯土壓力，三角形分布，被動區(qū)土壓力采用“m”法計(jì)算獲取，水土合算，計(jì)算剖面圖見圖1。計(jì)算軟件采用理正深基坑6.0版。

圖1 計(jì)算剖面圖

2.2 計(jì)算分析

土層錨桿采用分層施工，即開挖至錨桿位置以下0.3 m，施工該錨桿，計(jì)算工況相應(yīng)確定，計(jì)算深度分別為 2.8、3.8、6.3 m。

圖2 第一排錨桿施工后計(jì)算圖

圖3 第二排錨桿施工后計(jì)算圖

圖4 第三排錨桿施工后計(jì)算圖

3排土層錨桿施工完后工況的計(jì)算結(jié)果見圖2～4，計(jì)算內(nèi)容包括土層錨桿錨固力、土壓力曲線、位移曲線、彎矩圖等。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，土層錨桿第一排受力最大，其下依次減小，考慮到第一排錨桿上覆土壓力較小，錨固力發(fā)揮可能受影響，應(yīng)做重點(diǎn)加強(qiáng);樁頂位置變形較大，最大位移位置在坑底附近，位移曲線接近和懸臂結(jié)構(gòu)類似;樁身彎矩較小，選擇合適的樁型，性價(jià)比較高，本工程選用φ500 mm沉管樁，相對經(jīng)濟(jì)合理;樁底進(jìn)入相對好土層，可以控制變形，防止圍護(hù)樁踢腳，安全性有較大提高。

3 實(shí)測數(shù)據(jù)分析

3.1 土層錨桿抗拔力分析

本次錨桿試驗(yàn)的荷載由千斤頂施加，每加一級荷載，待變形穩(wěn)定后，記錄相應(yīng)的錨頭位移值，從而得出位移－荷載曲線圖。錨頭位移由2部分組成:第一部分是在錨固體破壞之前的近彈性變形，其隨荷載的增加而增加;另一部分，當(dāng)荷載達(dá)到一定值后，荷載施加不多的情況下，錨頭位移迅速增加，表明錨固體已破壞，錨桿失效，承載力下降。

為確保基坑的安全，土層錨桿不作破壞性試驗(yàn)，錨桿施加荷載第一排不超過57 kN，第二排和第三排不超過48 kN(部分57 kN)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5～7。由圖可知，錨桿初始位移差異較大，這和錨桿所處的土層性質(zhì)、成孔質(zhì)量及注漿后養(yǎng)護(hù)時(shí)間均有關(guān)系，如適當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力，可以消除初始位移的影響;在施加荷載到達(dá)57 kN之前，變形與施加荷載基本成線性關(guān)系，在0.165 ～0.322 mm/kN 之間，扣除初始位移的影響，錨桿施加荷載到57 kN，錨頭位移在9.4～18.4 mm 之間。

圖5 第一排錨桿荷載－位移曲線圖

圖6 第二排錨桿荷載－位移曲線圖

圖7 第三排錨桿荷載－位移曲線圖

由此可見，錨固體在沒破壞之間，變形與荷載之間為線性關(guān)系，而且扣除錨桿初始位移的影響，變形較小。

3.2 位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本工程從基坑土方開挖至開始澆筑底板，歷時(shí)約500天，其中土方開挖至坑底時(shí)間約30天。圖8為監(jiān)測孔深－側(cè)向位移曲線圖，每條曲線對應(yīng)一次監(jiān)測數(shù)據(jù)，從圖8可以看出，最大側(cè)向位移位置在4.0 m左右，考慮到監(jiān)測孔頂在地面以下2.5 m位置，因而最大位移位置在地面以下6.5 m附近，且其上位移數(shù)值與之接近，這與第三部分計(jì)算分析的位移圖基本吻合。但位移值較計(jì)算要大很多，主要有2個原因:(1)前文中提到的，在錨桿受力之前，錨頭初始位移的影響;(2)軟土蠕變性的影響。

圖8 監(jiān)測孔深－側(cè)向位移曲線圖

圖9為一個監(jiān)測孔最大側(cè)向位移隨時(shí)間的變化曲線，圖9顯示，變形分為3個階段:

圖9 最大側(cè)向位移－時(shí)間曲線圖

第一階段:在基坑土方開始開挖～挖至坑底的30天內(nèi)，最大側(cè)向位移與時(shí)間成線性關(guān)系，至坑底最大位移量約58 mm;

第二階段:在接下來的90天內(nèi)，隨時(shí)間的增長，最大側(cè)向位移增速大大放緩，屬于蠕變階段;

第三階段:120天后，最大側(cè)向位移隨時(shí)間基本不增長，從監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，380天內(nèi)最大側(cè)向位移增加了5 mm。

由于目前的計(jì)算分析方法未考慮軟土的蠕變影響，因而計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量的最終數(shù)據(jù)之間誤差較大，從我們對該工程的16個位移監(jiān)測孔的數(shù)據(jù)看，最大位移在60～80 mm，與計(jì)算的40～50 mm有較大的差異。

4 結(jié)語

(1)在軟土地區(qū)采用樁加多道土層錨桿的支護(hù)形式，安全可靠，施工可行，變形可控。

(2)通過對土錨桿抗拔力分析，在軟土中土層錨桿的抗拔力可以保證，能滿足計(jì)算的要求。

(3)通過對位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，最大側(cè)向位移位置及變形曲線圖和計(jì)算分析基本吻合。

(4)土層錨桿設(shè)計(jì)需充分考慮軟土的蠕變特性，理論計(jì)算的位移值與實(shí)測位移值有較大的差距，因而該支護(hù)形式對變形要求較高的區(qū)域不宜采用。

(5)適當(dāng)加預(yù)加應(yīng)力可以減少基坑變形，但考慮到軟土的蠕變性，其效果有待檢驗(yàn)。

［1］張晁，鄭俊杰，辛凱，等.土釘支護(hù)技術(shù)在軟土基坑中的應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，(6).

［2］吳文，徐松林，周勁松，等.深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形特性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001，(5).

［3］李歡秋，張福明，趙玉祥，等.淤泥質(zhì)土中錨桿錨固力現(xiàn)場試驗(yàn)及其應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，［S1］.

［4］劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［5］龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

Analysis on Stress and Deformation of Pile-anchor Retaining Structure in Soft Soil

LUO Wei-jin，YU Wen-bin(1.Zhejiang Engineering Exploration Institute，Ningbo Zhejiang 315010，China;2.Zhejiang Qianjiang Group Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310053，China)

Based on the calculation analysis and the monitoring data study，the retaining structure with pile+soil anchor in soft soil was determined to be safe and feasible in soft soil area and the anchor pullout resistance can be guaranteed.The calculated deformation curve of retaining structure is close to actual situation.But taking account of the soil creep properties，there are some deviation between the calculation value of lateral displacement and measured value.

deep foundation pit;pile-anchor retaining;soil anchor;soil nail

TU473.2

A

1672－7428(2011)07－0063－0312

2010－12－30;

2011－05－18

羅偉錦(1978－)，男(漢族)，浙江上虞人，浙江省工程勘察院巖土工程研究所副所長、工程師，巖土專業(yè)，碩士，從事基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)工作，浙江省寧波市寶善路206號612室，luoweijin@yahoo.com.cn。