桩锚支护计算位移与监测结果对比分析

张洪尧

(沙洲职业工学院，江苏张家港 215600)

1 概述

随着城市建设的快速发展，土地资源利用率要求越来越高，特别是在城市中心区域，建筑物往高空及地下的发展和利用成为主要趋势。随着地下空间的开发利用，深基坑发展迅速，深基坑支护又以桩锚支护应用较为广泛。桩锚支护计算理论和方法有多种，不同方法的位移计算结果各不相同，有必要结合深基坑工程施工位移监测，对桩锚支护深基坑支护工程的设计理论和方法进行研究。

2 工程条件及计算分析

2.1 工程概况

张家港某商业广场位于市杨舍镇长安路与环城南路交叉路口，建筑物下面设有两层地下室，基坑面积约1万m2。基坑开挖计算深度为10.7 m，采用桩锚支护。工程基本参数:±0.00相当于黄海高程7.00 m，自然地面标高接近 ±0.00，基坑坑底标高－10.70 m，冠梁顶标高 －1.50 m，基坑挖深10.7 m。根据本基坑的挖深及周边环境，本基坑安全等级为二级，重要性系数取1.0。采用单排桩两层锚索支护式，灌注桩长19.0 m，直径1.0 m，相邻桩间距1.5 m，截面配筋:主筋 HRB335级14Φ25，螺旋箍筋 Φ14@150;桩身最大设计正弯矩1 285 kN·m，桩身最大设计负弯矩846 kN·m。锚索上下两层，钢绞线材料，与水平面倾斜向下呈15°角，详见图 1。

图1 基坑计算分析模型

2.2 场地地质情况

基坑场地土层情况，摘录地质勘查报告内容如下:

第①层杂填土层，杂色，软塑、松散，场地大部分表层为混凝土地坪或建筑垃圾覆盖，层底为素填土，以粘性土为主，高压缩性。厚度0.73 m ～1.59 m，平均厚度1.30 m;层厚变化不连续，强度不均匀。

第②层粉质粘土层，黄褐色，稍湿～湿，可塑，局部硬塑，含有灰白色条纹状高岭土和红色铁锰氧化物，具网纹结构及气孔构造，气孔内充填有高岭土。无摇震反应，切面有光泽，韧性高，干强度高，中压缩性。厚度3.92 m ～5.28 m，平均厚度4.60 m。土层厚较稳定，强度较均匀。

第③层粉质粘土夹粉土，灰黄色、青灰色，湿，可塑，含有少量的氧化物斑点，夹稍密的粉土，组成水平层理。摇震反应弱，切面稍有光泽，韧性中低，中低干强度。层厚7.80 m～9.60 m，平均8.50 m;层厚略不稳定，强度略不均匀。

第④层粉土夹中砂层，平均厚度14.1 m。第⑤层及以下基坑支护不涉及。支护结构主要涉及的第②，第③层粉质粘土层物理力学性质，见表1。

2.3 计算分析模型及计算参数确定

2.3.1 施工工况确定

根据基坑实际施工情况，分析计算时的工况见表2。现场施工时工况与分析计算工况一致。

表1 土层主要物理力学性质

表2 某商业广场深基坑工况表

2.3.2 弹性抗力法支护桩位移计算

计算时常见的土压力模型取3种，并与3种弹性系数m，K，C法共形成9种组合，支护桩主动侧三种典型土压力模型分别为上三角形、全三角形、梯形土压力分布计算模型，如图2所示;m法，C法，K法对应各土层参数的取值见表3。由于没有对灌注桩进行水平载荷试验，按文献m法的取值。

图2 土抗力法土压力模型

表3 比例系数m，K，C值的选取

计算采用的北京理正软件深基坑计算软件。

2.4 计算分析结果

在分析结果表格中，括号内的数字表示内力或者位移值对应的标高位置。在后面的表格结果中土压力、弯矩、剪力和位移的负值均表示发生在支护桩开挖侧，正值表示发生在支护桩挡土侧。

位移计算结果见表4，对位移计算结果进行比较，上三角土压力分布下，3种方法计算的位移值基本相同，梯形土压力分布下位移结果差别很大，其中m法最大，K法最小，最大最小之间相差有数十倍。

对位移计算结果进行比较，3种方法位移计算结果都是m法和C法计算位移比较接近，K法最小;C法比m法位移计算结果相对略小。

3 工程实例现场测试

根据现场测试数据与分析计算数据对比，分析现场测试数据与计算数据之间的差异。

以张家港某商业广场深基坑工程为研究背景，根据基坑支护的设计文件，本工程基坑侧壁安全等级为一级，根据JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程中3.8.3条的规定，一级基坑监测的项目主要有:支护结构水平位移、周围建筑物以及地下管线变形、地下水位、桩墙内力、锚杆拉力、支撑轴力、立柱变形、土体分层竖向位移。

本人参与基坑监测单位的监测工作，由于多种原因，基坑监测方案监测了支护桩钢筋应力(支护桩内力)、支护桩顶冠梁水平位移和沉降、预应力锚索拉力、地下水位及周围建筑的变形这些内容。

表4 支护桩位移极值及其出现标高位置

在基坑变形监测过程中，主要监测内容为基坑开挖过程对基坑及周围建筑和道路均进行了水平位移观测，桩顶变形监测点设置在桩顶冠梁底靠挖土方向侧上，通过后钻孔化学螺栓法埋设棱镜支托，设置4个桩顶位置即－1.50 m标高位置进行位移观测点。监测开始到变形基本稳定共记录近4个月时间。图3反映实测4根桩水平位移随时间的变化情况。

4 结语

从桩顶水平位移计算结果和监测结果对比分析，最接近实测位移值的顺序依次为:m法采用全三角分布;m法采用梯形分布;C法采用全三角分布;C法采用梯形分布;m法采用上三角分布;C法中上三角分布模式。而K法计算的水平位移值都远小于实测位移结果。就水平位移而言，“m”法与实测值最为接近，但还是存在很大的偏差，因计算方法没有考虑整个支护体系的空间效应，使得计算位移与实测位移不符。不同位置的桩之间的实测位移差异化较大，说明还有许多未深入研究的因素对桩位移存在影响。

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