胡銘輝（北京興展宏業(yè)投資有限公司，北京 大興 102600）

1 噴錨支護結(jié)構(gòu)簡述

噴錨支護是邊坡噴射混凝土、鋼筋掛網(wǎng)及各種類型錨桿聯(lián)合使用的一種支護形式[1-3]。因為其具有造價低、操作方便靈活、支護方法安全可靠的優(yōu)點，在深基坑或場地面積不大的場地適用情況較好。通過多年的推廣使用，在深基坑的支護上取得了較好的效果。文章以一個開挖深度7.5m左右的雙層地下車庫基坑作為分析案例，對其進行數(shù)值模擬，并計算噴錨支護作用下基坑邊坡的變形量大小，以定量分析的方式預測噴錨支護的應(yīng)用條件。

噴錨支護結(jié)構(gòu)由混凝土噴面、鋼筋網(wǎng)和錨固構(gòu)件組成[4-8]。三個組成部分的作用如下：混凝土噴面構(gòu)件是通過高壓空氣推動混凝土漿液高速噴射到邊坡的外層，將先期嵌入的混凝土骨料進行包裹和固化，通過漿液的滲入和固結(jié)，邊坡土層和噴射表層之間形成了一個穩(wěn)定的整體。伴隨著開挖的持續(xù)進行，噴射面由上到下延伸，最終對邊坡形成全面的封閉硬化。這種方式一方面避免雨水沖刷邊坡土體，另一方面也起到了隔水防滲，阻止淺層坍塌的發(fā)生。錨固構(gòu)件包括錨索、鉚管和錨桿等，其作用機理是先在邊坡土體上鉆孔，孔深超過潛在滑移面，將錨桿放入孔內(nèi)并對遠端進行灌漿處理，待漿液硬化，將錨桿遠端和土體連接成為一體后對其進行張拉后錨固，邊坡將得到錨桿收縮后的拉力，阻止其發(fā)生坍塌滑移；鋼筋網(wǎng)和混凝土噴面共同作用形成一個整體，一方面可以保護混凝土的局部破壞，另一方面提供更好的抗變形能力，可以有效調(diào)節(jié)錨桿和噴層的內(nèi)力分布。圖1為常見噴錨支護的示意圖，可見這種方式是由錨固構(gòu)件、鋼筋網(wǎng)和混凝土噴層共同組成。

圖1 噴錨支護結(jié)構(gòu)示意圖

2 噴錨支護設(shè)計的理論依據(jù)

噴錨支護中，錨桿是主要的受力構(gòu)件，一端固定在堅硬土層，施加預應(yīng)力防止邊坡發(fā)生較大的變形。錨桿的設(shè)計依據(jù)主要是《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》，對錨桿的材料、承載力、使用范圍、施工方法均做出了詳細的規(guī)定。錨桿設(shè)計的基本原理和計算步驟如下：

（1）計算邊坡壓力和錨桿所受水平拉力的標準值，計算公式如下：

式中Ehk、E、H分別表示豎向邊坡每米的水平分力標準值、邊坡中的水平力標準值和邊坡的高度；Htk、sxj、syj分別表示單個錨桿分配到的水平分力標準值、錨桿的水平間距和豎向間距。

通過公式（1）的上邊部分求得邊坡上每米的水平力標準值，通過公式的下邊部分求出每個錨桿所受到的水平力標準值。

（2）計算錨桿的軸向受拉承載力的標準值和設(shè)計值，計算公式如下：

式中Nak、cosa分別表示錨桿的軸向受拉承載力的標準值、錨桿入射角度的余弦值；

Na、rQ式分別表示錨桿軸向受拉承載力的設(shè)計值、放大系數(shù)。

通過公式（2）可以計算單根錨桿在邊坡抗滑計算中所受到的軸向拉力。

通過公式（1）和（2）的計算結(jié)果可以對錨桿進行材料、錨固長度和錨固桿件的面積進行計算，此處不贅述。

3 工程實例

3.1 工程概況

案例項目名稱為月季博物館。月季博物館位于北京市大興區(qū)魏善莊龍河公園內(nèi)，地上二層，地下一層，總高度為17.7m，總建筑面積8337.38㎡，其中地上部分的建筑面積為5649.28㎡（主體面積4712.76㎡，室外空間面積936.52㎡），地下部分建筑面積為2688.10㎡，占地面積為4337.8㎡。地下室大面的開挖深度約為7.5m，其中局部如集水坑、電梯井的部位開挖深度超過9m，基礎(chǔ)形式為獨立基礎(chǔ)加防水板。因不具備天然放坡的條件，采用邊支護邊開挖的方式進行施工，基坑的西側(cè)邊坡的支護以噴錨方式進行。表1為基坑西側(cè)的土層地質(zhì)情況。地下水為潛水，水位線位于地面以下6.0m。

表1土層性質(zhì)

3.2 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

基坑邊坡的支護方式采用噴錨與放坡相結(jié)合，邊坡的坡度為1:0.3；從坡頂?shù)狡履_共設(shè)置了4排錨桿，表2為錨桿的施工參數(shù)，每排錨桿均設(shè)置［18a槽鋼圍檁。坡面鋼筋網(wǎng)以直徑8mm，間距為200mm的一級鋼筋組成。開挖前先對基坑進行降水處理。

表2 錨桿施工參數(shù)

3.3 位移監(jiān)測

該處邊坡支護的施工期限為20d，施工中在坡頂設(shè)置位移監(jiān)測點，其間距為每隔20m設(shè)置一處。監(jiān)測結(jié)果顯示，自基坑開挖開始到支護完成，坡頂累計最大水平位移為8.0mm，其中，在第四道錨桿張拉完成后，邊坡的水平位移變形的增量趨于穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，在支護工程完全完成后的10d內(nèi)，邊坡未有產(chǎn)生較大的位移增量。

4 噴錨支護邊坡位移分析

4.1 計算模型

對邊坡的數(shù)值模擬不僅可以得到開挖過程中邊坡的位移情況，同時對開挖中和開挖后的邊坡應(yīng)力、支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力及控制點位移均可做到可視化。所以，數(shù)值模擬對基坑支護效果的定性分析起到了重要的作用[9-14]。因基坑西側(cè)的變形最大，本次分析主要針對西側(cè)進行。數(shù)值模擬中，節(jié)點數(shù)越多結(jié)算的精度越高，但所用的計算時間也約長，考慮到以上兩方面因素，本次分析對模型網(wǎng)格劃分適中，共得到5760個節(jié)點、4485個單元；邊坡分析的本構(gòu)模型以經(jīng)典的摩爾-庫侖理論為基礎(chǔ)；基坑邊坡的噴錨和鋼筋網(wǎng)以殼單元模擬，錨桿以錨索單元模擬；基坑周邊已有建筑根據(jù)實際荷載進行折算施加到地面；基坑頂部的車輛和堆載按照15kPa的面荷載施加。圖2和圖3分別表示施工開始之前的基坑的初始模型和開挖后結(jié)構(gòu)的支護模型。

圖2 基坑初始模型

圖3 基坑支護模型

4.2 位移計算結(jié)果及分析

模型計算中記錄了6個點的位移值，分別對應(yīng)基坑的3個水平位移監(jiān)測點和相鄰建筑的3個豎向位移監(jiān)測點。數(shù)值模擬工況完全根據(jù)施工節(jié)點進行設(shè)置，工程共分為5個工況，分別反映了基坑向下開挖到2m、3.6m、5.2m、6.8m、7.5m處，分別反映了張拉預應(yīng)力錨桿和掛網(wǎng)噴面的施工深度，其中最后一個工況反映了基坑全部開挖完成后的坡面受力情況。因最后一個工況對工程的變形影響較小，本次分析對前四個工況進行記錄分析。

4.2.1 邊坡坡頂水平位移分析

圖4反映了坡頂?shù)乃轿灰朴嬎阒蹬c實測值的比較情況。

圖4 邊坡坡頂記錄點位移隨工況變化曲線

從圖4中可以發(fā)現(xiàn)：

（1）邊坡的水平位移隨著基坑開挖深度的增加而變大，基坑變形的最大值在工況4中產(chǎn)生，此時，監(jiān)測得到的坡頂水平位移為8mm，模擬計算得到的水平位移為11.9m。

（2）模擬計算結(jié)果和實測數(shù)據(jù)的變化保持一致，但前者結(jié)果偏小，在不斷增加工況之后，水平位移累計值的偏差越來越大，最終超過了將近50%。

（3）三個監(jiān)測點的數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)沒有太大的差異，均能保持一致，說明模擬結(jié)果對基坑邊坡整體變形趨勢的預測準確。

4.2.2 西側(cè)建筑物沉降位移分析

圖5是西側(cè)邊坡附近建筑物的沉降曲線，表現(xiàn)了實測沉降和計算沉降的結(jié)果。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)：

圖5 建筑物記錄點沉降位移隨工況變化曲線

（1）在前三個工況作用下，建筑物并未產(chǎn)生較大的豎向沉降，直到第三個工況施工借宿之后，建筑物的沉降值最大在1mm左右。在工況4完成后沉降值發(fā)生了較大的變化，計算累計沉降約為2.9mm，實測的沉降位移值為1.8mm。

（2）在數(shù)值模擬的第1個工況中，監(jiān)測點位置出現(xiàn)了向上位移，其值約為0.3mm，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是，程序默認臨空面附近應(yīng)力為零，造成相鄰建筑互相擠壓產(chǎn)生向上的豎向位移。

（3）基坑深度的增加直接導致相鄰建筑物的沉降值的增加，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。

5 結(jié)語

文章將基坑邊坡的實測數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬計算結(jié)果進行對比，得到了以下結(jié)論：

（1）噴錨支護能對土體產(chǎn)生主動土壓力，其支護結(jié)構(gòu)與邊坡土體共同作用，對邊坡的穩(wěn)定性起到了較好的作用。噴錨結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)具有較強的變形能力，能有效調(diào)節(jié)混凝土噴層和錨桿的應(yīng)力，三者形成了整體性的支護結(jié)構(gòu)。

（2）噴錨支護結(jié)構(gòu)可以有效抵抗邊坡的變形，這種結(jié)構(gòu)作用下，坡頂?shù)乃轿灰萍s為開挖深度的0.1%。

（3）與基坑相鄰已有建筑的沉降最大值為1.8mm。當基坑周邊存在已建成建筑物時，基坑支護不僅要做到自身的安全性，還要注意對基坑周邊的影響，避免造成已有建筑的較大沉降，使用噴錨支護方法可以有效減少周邊建筑物的沉降，是一種良好的支護方法。