深基坑桩锚支护结构的机理分析及工程应用

黄小彬

摘   要：桩锚支护是由排桩以及预应力锚索支护结构组成的，有着优质良好的硬度、刚度，并且不容易产生变形。因此，在地质条件以及周围的环境相对比较复杂的情况下，深基坑桩锚支护作为基坑支护组织结构，不仅能确保基坑在开挖过程当中基坑的稳定程度，并有利于施工的安全。文章对深基坑桩锚支护结构的作用机理进行简要分析，并提出了桩锚支护结构的应用。

关键词：深基坑;桩锚支护;结构;应用

1    深基坑桩锚支护构造设计分析

1.1  桩锚支护构造的构成

桩锚支护构造，是排桩支护构造及预应力锚索支护整体构造相结合的一种综合性边坡防护施工技术。具体表现为护岸排桩是一个或多个锚杆（索）支护体系，属于超静定结构，整体稳定性好，安全性能高，是近年来深基坑支护的一项重要技术措施。

1.2  预应力锚杆构造设计

锚杆支护要既能保证整体的稳定性需求，还要满足设计的要求。根据平衡分析的主要方法，在对支护构造进行稳定性分析时，比如岩土所破坏的面上，全部锚杆均都已达到最大的抗拉程度，其距离及抗拉程度不许满足于稳定性要求。另一方面，在计算锚杆在全荷载的作用下的间距和内在压力时，根据锚杆的内在压力来决定锚杆距离。螺栓的内在压力可以用有效数值的方法及经验来计算。预应力锚杆的设计内容如下：（1）根据作用在支护构造上的压力荷载来计算锚杆的距离及内在压力。（2）通过计算锚杆的内在压力确保锚杆的有效尺寸包含锚杆截面积及锚杆截面长度。（3）根据基坑稳定性的要求设计系统锚杆间距及尺寸。从上述（1）（2）来保证锚杆间距离及尺寸，并且来检查深基坑的整体稳定性能。

1.3  腰梁与桩之间保护面的设计

腰梁的合理设计，应该满足于预应力锚杆的受力的程度，并确保变形的程度在规定的范围内。预应力锚索的有效合理设计，能保证腰梁的路径数值及竖向距离。设计中要选择槽钢的强度比较高的类型构件钢材，并根据锚拉预应力的大小车工程度，选择各构件的钢板厚薄程度。钢板及槽钢焊接的合理设计应符合标准，腰梁桥墩的设计，应保证腰梁在同一直线安装。当碰到地下障碍物的时候，可合理并适当地调整锚杆所在位置及分段放样垂直的位置，要求断面应在一个水平线上。作为一般的保护面层，桩间保护面层（防水帷幕）一般不计算，只采用结构规定厚度的喷射混凝土和挂网片数量。

2    桩描支护结构影响要素

2.1  桩径变化程度对桩锚支护构造的影响因素

支护桩的直径大小会直接影响支护构造的强度及刚度和稳定性。在桩锚支护构造中，比如基坑深度为158 m，桩的长度为173 m，桩距离为1.9 m，支护桩直径的大小对支护结构的影响是相对的。

2.2  支护桩间距对桩锚支护结构的影响

支护桩的距离，是影响支护桩设计最主要因素。支护桩距离也会影响到侧压力的再次分配，会影响到计算量变化程度。因此，支护桩间的距离设计，会影响到拔桩支护结构体系的整体稳定性，有着不可代替的作用。当外界约束的条件不改变的时候，只需改变支护桩的距离。当支护桩间距分别为1.4 m，1.6 m，1.8 m，2.0 m和2.2 m时，计算支护桩的侧向位移和弯矩。

2.3  跟踪杆间距变化对桩锚支护结构的影响

锚杆的距离，也会对支护桩稳定性产生很大的影响。螺栓是受拉力的部件，其作用是通过示踪剂及土层之间的锚固力保证支护桩的不变形。

2.4  预应力对桩锚支护结构的影响

锚杆是受拉力构件，在其他外界条件下改变锚杆的预应力。当取50 kN，80 ukN，100 kN>120 ukN，150 kN时，计算支护桩身的侧向位移和弯矩。

3    深基坑桩锚支护在施工中应用

3.1  钻孔

在锚索钻孔过程中，应核实锚固段位置，并核实岩土层厚度。钻井时应使用清水，泥浆护壁不应使用膨润土。为保证锚固段钻孔的清洁，钻孔内不得留有泥沙或黏土。在钻孔过程中，孔壁应平直，孔壁不应塌陷或松动。一般情况下，钻孔深度应比锚杆设计长度深0.5～1 m，这样可以有效避免由于不能彻底冲刷而产生的土屑对锚杆有效锚固长度的影响。

3.2  预应力锚索施工

预应力锚索是针对施工过程中，锚索钻孔可能会造成水土流失的状况，锚杆采用“水压钻孔法”并结合管钻技术来施工。钻孔施工过程中，一次完成钻孔、出渣、固壁、清孔等工序，防止塌孔，不留残土。在人工推进到位时，采用高压注浆管来注浆。达到相对的设计强度时，对预应力锚索进行张拉和锁紧。当张拉时，初张力按轴向张力值的15%设计。当锚杆的预应力没有明显衰减时，卸载张力控制力，直至锁定设计轴向张力固定。

3.3  注浆

灌浆材料为32.5 R普通硅酸盐水泥，岩体应具有良好的抗裂性。灌浆采用二次灌浆技术。灌浆压力从孔底开始第一次为0.5 MPa。第二次灌浆应在初凝后第一次灌浆液终凝前进行，灌浆压力为1.5 MPa。当灌浆硬化后无法用锚固填充时，应进行灌浆。灌浆量不小于计算量，填充系数不小于1.1。锚索注浆应严格控制注浆水灰比，掌握注浆质量。

3.4  土方开挖

土方开挖时，一般是分步进行的。当土石方开挖至地下1 m左右时，就要停止浇筑，防止钢筋混凝土地压屋梁，然后开挖至第一根预应力锚索位置，进行第一根预应力锚索的施工和张拉。再开挖至第二根预应力锚索位置，进行第二根预应力锚索的施工和张拉，最终开挖至设计深度。

4    结语

桩锚支护在深基坑工程中的应用，可以有效地保证工程质量，还能确保工程的顺利有效进行，从而达到优质施工效果。在实际深基坑工程当中，必须对深基坑的设计方案进行有效的优化，严格按照工程项目的规范标准进行监测，在施工过程中应严格检查工程质量，加强施工的管理，充分发挥桩锚支护结构的最大优势，并且减少深基坑工程对周围环境的负面影响。

[参考文献]

[1]张平.深基坑工程桩锚支护结构设计及应用研究[D].贵阳：贵州大学，2015.

[2]张泓威.深基坑桩锚支护设计与数值模拟[D].邯郸：河北工程大学，2014.

[3]項坤.合肥某广场深基坑桩锚支护结构受力变形有限元分析[D].合肥：安徽建筑大学，2017.

[4]刘之才.深基坑桩锚支护结构数值模拟研究与对比分析[D].邯郸：河北工程大学，2016.

[5]李元勋.深基坑桩锚支护内力与变形分析方法及试验研究[D].兰州：兰州理工大学，2016.