深基坑工程中桩锚支护结构优化设计研究

邱朗

摘 要： 近年来，我国的岩土工程建设有了很大进展，在岩土工程施工中，基坑支护工程中的支护方案的设计和应用是非常关键的。基坑支护工程直接决定基坑工程施工的稳定性和安全性，桩锚支护结构优化设计可以提高基坑工程施工的质量，保证基坑工程施工稳定运行。本文对深基坑支护方案的选择进行了分析，结合岩土工程中基坑支护工程施工的实际情况，对基坑工程中的桩锚支护结构设计进行了优化，提高了深基坑工程施工的安全性和可靠性。

关键词： 岩土工程;基坑工程;桩锚支护结构;优化设计

【中图分类号】TU476     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.29.094

引言：在我国建筑产业迅猛发展，不断壮大的同时，人们对地下空间的利用需求越发强烈。与此同时，深基坑支护技术成为了地下空间能否安全、合理、顺利使用的决定性因素。近年来，桩锚支护结构以其便于施工、安全可靠的特点，其实用性得到了业界的广泛认同，成为适用面广泛的深基坑工程支护型式之一。

1 基坑支护结构的选型

目前深基坑工程中常用的支护形式种类繁多，根据支护原理和结构形式的不同可大致分为以下几种常见形式：自然放坡、土钉墙、复合土钉墙、悬臂桩、桩锚、地下连续墙、钢筋混凝土（或钢）内支撑等。那么，面对如此繁杂的支护类型，面对具体工程，我们该如何取舍。笔者认为工程地质和水文地质条件;基坑相邻建筑物的位置、基础形式;基坑周边地下管线的位置、深度、抵御变形的能力等都与深基坑支护选型息息相关。那么工程支护结构选型时的前期工作就显得至关重要。一旦前期踏勘不详细，施工过程中将会大概率出现无法按图施工的重大失误，甚至引起安全隐患，而后期重大设计变更会拖延项目进度和提高工程造价。

2 深基坑支护方案选择原则

在深基坑支护工程中，对支护方案的选择要对基坑工程施工的影响因素进行综合性分析。主要是对基坑工程稳定性的重要位置进行判断，并综合分析基坑支护采用的材料成本等因素。支护方案的选择原则，要保证基坑工程边坡的稳定性，以及基坑工程施工的安全性。在深基坑开挖工程中，完成基坑支护结构的设计，并保证基坑的稳定性，确保整个施工过程中不会对施工人员造成任何的安全影响，而且不会对整个基坑工程造成破坏的影响。深基坑支护方案的选择要考虑深基坑工程施工中基坑变形控制的问题，对基坑变形的影响因素进行全面的分析，并且深基坑边坡产生的位移，不会对整个建筑工程施工带来安全隐患，也不会对建筑的使用性能造成任何影响。深基坑支护工程的施工周期进行合理控制，并对基坑工程的施工成本进行优化，在合理的时间内采用科学有效的支护工程技术，满足深基坑支护工程施工中经济要求。

3 基坑工程中桩锚支护优化设计研究

3.1 关键节点施工要求

（1）钻机就位，调整钻杆与地面的垂直度，垂直度偏差不大于1%;钻头对准桩位，启动钻机入钻，观察钻机电机电流表，根据电流大小控制下钻进尺。（2）钻孔至设计深度后，略提钻杆20～50cm，以便混凝土料将活门冲开，一边泵送混凝土一边提钻。（3）钻杆拔出孔口前，先关混凝土泵，注意保证钻杆内存料量，满足桩顶高度要求。（4）将振动用钢管在地面水平穿入钢筋笼内，同时将钢筋笼与振动装置用钢丝绳柔性连接。吊起振动装置、钢管及钢筋笼，将钢筋笼下端插入混凝土桩体中，先依靠钢筋笼及导管的自重缓慢插入，当依靠自重不能继续插入时，开启振动装置，将钢筋笼下沉到设计深度。断开钢筋笼与振动装置的连接，缓慢连续振动拔出钢管。钢筋笼应连续下放，不宜停顿，下放时禁止采用直接脱钩的方法。（5）提振动管时应先静拔2.0m左右再进行振动，以免钢筋笼被带出或下沉。

3.2 采用相应的数学模型

采用相应的数学模型应用到桩锚支护结构的设计和分析计算中，并对桩锚支护设计中的变量进行合理的设计，并计算出目标函数，这样可以根据结果来对桩锚支护结构模型进行优化而确定设计方案。通过很多种算法对桩锚支护结构模型进行求解，通过构架过程中产生的信息对模型进行构建，并在实际的设计以及应用过程中，以检测的信息作为数据依据对桩锚支护结构进行优化设计。本文对桩锚支护结构的优化设计，不但要考虑到基坑工程施工的稳定性，而且要对工程施工的成本进行充分考虑。通过MIDASGTSNX有限元分析软件和数学模型对桩长、桩径以及锚索位置进行计算和优化，获取参数值作为桩锚支护结构优化的主要依据。

3.3 基坑开挖与支护

土方开挖前，施工单位应根据围护设计编制施工组织设计。查明周边地下管线和地下构筑物的情况，如果地下管线和构筑物不能改移，应当采取切实可行的措施确保施工期间地下管线和构筑物正常使用。

3.4 特殊情况桩锚支护

针对特殊的周边环境，可采用的支护形式有：排桩+短锚杆支护体系、双排桩支护体系。如采用双排桩支护体系，则护坡桩将出现悬臂段，不利于控制基坑变形。工程造价亦高于排桩+锚杆支护体系。但如采用排桩+短锚杆支护体系，则施工时对锚杆长度的控制要求非常严格，必须注意保护既有地下车库结构的防水层。最终从变形控制及经济性双方面考虑，确定采用砖墙构造柱+排桩+锚杆支护体系。

3.5 对桩锚支护中的桩长进行优化设计

桩锚支护结构整体的稳定安全系数大于1.2值，那么桩锚支护结构才可以保证整个基坑工程的稳定性，在基坑底部安全系数大于2的情况下，才可以有效地满足整体稳定性的需要，通过计算得出，桩长在21m的时候，安全系数在2和2.3之间，支护结构的抗倾覆作用，以及稳定性方面不符合制定的要求，桩长21m的设计方案不符合优化设计的要求。那么樁长设计为22m的安全系数经过计算和分析，符合支护结构稳定性的设计要求。经过数学模型计算分析得出，21m桩长的水平位移最大值25m，22m桩长的最大水平位移是23m，经过对数据分析，支护结构水平位移变化小，对基坑整体位移影响小，因此22m桩长的设计是科学合理的。

结语：综上所述，使超深基坑工程的质量和安全容易保证，工程造价低、施工速度快，得到业内各方的高度赞许。应用该技术既能满足建筑业绿色施工和节能环保的要求，又能降低施工成本、缩短工期，应用范围和推广前景非常广阔。

参考文献

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