樁錨支護結(jié)構(gòu)角樁的受力性能研究

1、<p>　　樁錨支護結(jié)構(gòu)角樁的受力性能研究</p><p>　　摘要：隨著高層建筑的增多，建筑物密度日益增大，道路和地下管線縱橫交錯，地下可利用空間越來越有限，我國的深基坑工程日益增多，支護結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟問題越來越突出。支護結(jié)構(gòu)的形式?jīng)Q定著施工的經(jīng)濟和安全。樁錨支護結(jié)構(gòu)是深基坑開挖中常用的一種圍護形式，在基坑工程中得到了持續(xù)廣泛的應用。 </p><p>　　關鍵詞：地基基礎工

2、程；樁錨支護；角樁受力分析；冠梁水平位移 </p><p>　　中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號: </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　目前，支護樁預應力錨索支護結(jié)構(gòu)在基坑工程中已取得了較為廣泛的實踐應用，并已取得成功。但基坑工程的成功實施更多地仍依賴于工程經(jīng)驗的積累和監(jiān)測控制，相關理論的研究仍相當欠缺

3、，急需系統(tǒng)、深入的研究加以解決。特別是對于平面形狀為凹多邊形的基坑，陽角處排樁（本文簡稱角樁）承受復雜土壓力作用，發(fā)生雙向彎曲，設計不當時易發(fā)生安全事故。 </p><p><b>　　1.工程概況 </b></p><p>　　1.1基坑周邊環(huán)境 </p><p>　　某工程場地位于交通路交叉口西南角，整個工程由1幢綜合樓和地下停車庫組成。南

4、側(cè)有已建辦公樓（六層），新樓與已建辦公樓相交處有8根水管，緊貼已建辦公樓，在新樓的北側(cè)、西側(cè)都有居民樓（三層）。 </p><p><b>　　1.2工程地質(zhì) </b></p><p>　　本場地地層屬于第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)和中更新統(tǒng)，分為以下幾個地質(zhì)單元層：①雜填土，②粉土，③粉砂，④粉質(zhì)粘土。 </p><p>　　1.3支護體系設計方案

5、及監(jiān)測方案 </p><p>　　本工程基礎埋深10.0m，地下水位埋深約16.0m，地下水對基坑開挖及施工沒有影響。該基坑支護采用支護樁預應力錨索支護形式，鉆孔灌注樁直徑1000mm，間距1200mm，嵌固深度10m。 </p><p>　　在角樁部位的灌注樁縱向鋼筋上，沿截面對稱布置四個鋼筋應力計，并分別在基坑中部及角部的支護樁內(nèi)設置探測管，通過儀器來監(jiān)測不同開挖工況下，內(nèi)力和位移的變

6、化。 </p><p><b>　　1.4施工步驟 </b></p><p>　?。?）先在基坑四周放線，確定灌注樁位置，完成灌注樁的施工，同時澆注冠梁。 </p><p>　　（2）開挖第一層土層，在邊坡上設置鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土面層，施工預應力錨索。 </p><p>　　(3)重復上一步驟，到開挖至坑底。 </

7、p><p>　　2.施工監(jiān)測情況分析 </p><p>　　2.1基坑頂口水平位移情況 </p><p>　　根據(jù)觀測方案，在基坑各側(cè)布置了11個測斜點，測量基坑完成后基坑頂口的水平位移情況如圖1所示（括號內(nèi)為位移值）： </p><p>　　整個基坑邊緣的位移并不是呈對稱的，特別是在基坑的角隅處，其位移變化比較復雜，這個跟支護體系類別有很大關系

8、，也跟角隅處土壓力分布比較復雜有關系，從這里我們可以看到該體系的變形具有明顯的空間作用，角區(qū)位移變化明顯。 </p><p>　　2.2角樁部位水平位移分析 </p><p>　　基坑變形是反應基坑運行狀況最直觀、最可靠，最重要的指標之一，其變形的增大始終是基坑施工中關注的關鍵。下面以陽角部位CX-8測斜孔為例來分析角樁部位水平位移變化情況。 </p><p>　　

9、從圖2中相關曲線可以發(fā)現(xiàn)，基坑的變形主要是由土方開挖所引起，且與開挖深度成正比關系。隨著開挖加深，變形逐步增大，并且位移最大值位置也隨著開挖加深而逐步下移。在開挖完成后，基坑暴露時間愈長，其側(cè)壁水平位移變化也就越大，而且其位移增長量比開挖期間都要大得多，在施工期間仍然應對基坑側(cè)壁位移進行不間斷觀察，如超過警戒線，應立即采取措施，防止發(fā)生傷亡事故。 </p><p>　　2.3角樁的受力狀況 </p>

10、<p>　　排樁支護結(jié)構(gòu)中，監(jiān)測元件是按照對稱布置在基坑底部斷面上的，在這個斷面上所承受的彎矩最大。以陽角部位GZ6樁（圖3）為例，顯示了角樁內(nèi)力隨開挖進程的變化情況。 </p><p>　　從監(jiān)測資料上來看，內(nèi)力變化有以下幾個特點： </p><p>　　(1)從圖3計算結(jié)果上可以看出混凝土測得的最大拉應力也沒有超過C30混凝土的最大拉應力Ft =1.43 MPa 。這說明支

11、護樁處于正常的工作狀態(tài)。 </p><p>　　(2)角樁反彎點處內(nèi)力變化，基本的趨勢是隨深度的增加而增大。基坑角隅處受力比較復雜，角樁GZ6編號3處應變位于基坑內(nèi)側(cè)，截面上應該為受壓區(qū)域，而實際上在監(jiān)測過程中一直為受拉區(qū)域，這是由于基坑形狀的不規(guī)則，基坑沿東西方向的位移比較大，使角樁沿東西方向的遠位移大于其他方向的位移，因而編號3處在截面上顯示出受拉的傾向。 </p><p>　　2.4

12、基坑冠梁的沉降、位移變化分析 </p><p>　　在本工程中，支護體系是處于正常工作狀態(tài)下，因此冠梁的水平位移是處于安全水平。從圖4中可以看出，由于冠梁的存在約束了基坑位移的發(fā)展，并且在基坑開挖完成后很長一段時間內(nèi)，其位移幾乎不再發(fā)生變化。冠梁對支護樁的樁頂位移有著明顯的限制作用，并且圈梁也不是對每一根樁都能夠產(chǎn)生較大的約束作用，而在圈梁的兩端部位對樁的約束作用比較強，而在圈梁的中間部位約束作用較小，當圈梁的跨

13、度較大時，甚至可能會產(chǎn)生反向作用。 </p><p><b>　　3.角樁設計建議 </b></p><p><b>　　3.1角樁配筋 </b></p><p>　　首先角樁也要保持一定的彈性，來保證在錨桿和冠梁對角樁的約束作用下，樁后土壓力重新分布后保證各排樁和冠梁能夠協(xié)調(diào)變形，共同承受荷載。對于角樁的配筋根據(jù)所計算土

14、壓力來確定配筋量以及配筋形式，與其他部位相比，可以配置抗扭鋼筋，來抵抗冠梁帶來的扭矩；可以增大樁徑，增加角樁的剛度，增強其抗彎剛度和抗剪能力。 </p><p>　　3.2對角樁部位做斜向支撐 </p><p>　　支撐桿可以采用型鋼、鋼筋混凝土（圖5）等材料，考慮土側(cè)壓力和排樁的剛度等因素，根據(jù)計算結(jié)果來確定材料的截面類型和類別。對于處于陽角部位，不方便施加角撐，可以考慮施加預應力錨桿。

15、 </p><p>　　圖5 某基坑混凝土角撐 </p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　通過深基坑現(xiàn)場試驗，得到了樁錨支護體系樁與樁側(cè)土體水平位移隨開挖工況而發(fā)生變化的分布規(guī)律，并總結(jié)分析了角樁隨著開挖工況的變化，其受力性能的變化規(guī)律，并根據(jù)本工程的分析情況，得出以下結(jié)論： </p><p>

16、;　　4.1角樁承受一定的扭矩，且最大扭矩出現(xiàn)在樁身上1/3范圍內(nèi)。角樁還承受相當?shù)碾p向彎矩。最大彎矩沿樁身的分布較為離散，隨施工進程通常由樁上部向下部遷移。然而，樁身彎矩有方向上的變化，即受拉和受壓側(cè)會隨開挖深度增加而改變。這是角樁與其他樁相比明顯的受力特點。 </p><p>　　4.2用測斜儀測量得到的角樁處樁身變形相當復雜。但總結(jié)3個角樁處的水平位移測量結(jié)果，還是具有一定規(guī)律性的，即角樁的水平位移會隨著開

17、挖深度的增加而出現(xiàn)方向上的改變；而當開挖至基坑底時，水平位移又指向基坑。這與數(shù)值分析結(jié)果（角樁樁身彎矩會發(fā)生方向的改變）基本一致，說明這是角樁工作的重要特征。 </p><p>　　4.3角樁內(nèi)力復雜，再加上冠梁的約束扭轉(zhuǎn)作用，使角樁所受的彎矩之外的內(nèi)力也起著重要作用。因此，角樁不能采用局部均勻配筋，只能采用全截面均勻配筋。對于較大基坑，還要設置合適的角撐來增強角樁部位的剛度，為了防止在工程中出現(xiàn)角樁受扭剪而出現(xiàn)

18、斜裂縫的情況，應配置抗扭鋼筋，也就是配置適量的箍筋，來增強角隅部位排樁的抗扭剪能力。角樁的剛度也應與其他部位的支護樁相匹配，以確保整個支護體系協(xié)調(diào)變形，共同工作。 </p><p>　　4.4角樁的內(nèi)力和位移變化受到冠梁和錨桿約束影響，應設置合理尺寸的冠梁和角撐。對于角隅部位的排樁，建議采用均勻配筋，并且相對于基坑中部排樁配筋應有所增加。 </p><p><b>　　參考文獻：

19、 </b></p><p>　　[1]林鳴，徐偉．深基坑工程信息化施工技術[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006. </p><p>　　[2]高印立，徐建新，陳環(huán)．排樁與圈梁協(xié)同作用下考慮開挖過程的撓曲方程法[J]．土木工程學報，2001，34（1）. </p><p>　　[3]褚玲．壓頂圈梁與支護樁的空間協(xié)調(diào)作用的研究[D]．蘭州：甘肅工業(yè)大學