基坑支护锚杆内力及位移变化研究

基坑支护锚杆内力及位移变化研究

陈俊托，程渊博，徐志明

（中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000）

摘要：基坑支护结构内力及位移变化对基坑稳定性有重要影响，科学有效的设计支护方案且随时监测支护结构内力和位移变化显得尤为重要。本文以实际基坑支护工程为背景，在基坑支护完成后对六排锚索内力、位移及基坑沉降值进行监测，探讨了不同时间及深度下锚索内力、位移及基坑沉降值的变化规律，分析了锚索内力变化对基坑稳定性的影响，以期对其他实际工程产生一定指导意义。

关键词：基坑锚索；内力；位移；埋深

1引言

近年来，我国建设工程发展迅速，基坑支护作为基坑边坡安全措施，其发挥着重要作用，在基坑工程中，需要根据不同现场情况进行不同种类支护，其中桩锚支护形式为最常见的支护形式之一。在支护过程中，锚索上将承受一定程度荷载，时间长久后锚索上内力及位移将发生变化，因此，需要对锚索内力及位移进行监测，一旦内力或位移超过限值应及时启动应预案对结构进行加固，以确保支护结构的稳定性[1-4]。

众多学者对基坑支护结构内力变化规律做出研究，丁森林等[5]通过有限元软件Midas/GTS建立了基坑开挖模型，并结合实际工程研究了基坑支护结构的内力、位移和沉降变化规律。杨晓华等[6]基于现场实测数据研究了移动荷载下地面与桩体沉降、桩顶位移和锚杆内力的变化规律。孟上九等[7]结合数值模拟与FBG技术分析了车辆荷载对地基变形的影响规律。李芬等[8]考虑到临停车辆对基坑稳定性的影响，通过数值模拟探讨了临停车辆与基坑的水平距离、垂直距离和土层性质对桩撑式基坑支护结构的影响。朱海涛等[9]采用Abaqus软件分析了不同工况下地铁交叠荷载对地表沉降和围护结构内力与位移的影响规律。彭智佳等[10]采用PLAXIS建立了三维基坑开挖模型，探讨了动荷载对基坑开挖过程中锚杆变形的影响。基坑支护结构内力及位移变化规律对于地下结构稳定性具有重要意义，因此，本文基于实际工程项目，对不同时间下基坑锚索结构的内力和基坑沉降量变化以及不同埋深下锚索位移变化进行分析，以探讨锚索结构对地下结构的影响。

2工程概况

本文以河南省洛阳市洛龙区东西霍屯棚户区工程改造项目为研究对象，该项目位于杜预街与伊洛路交叉口东北角，场地北侧为古城机械厂，场地东侧为瀛洲花园项目，规划建设用地面积78755.15m2。根据野外勘察及室内试验资料分析，在勘探深度范围内，表层主要为素填土；素填土之下主要由第四系全新统冲洪积作用形成的黄土状粉质粘土、粉土夹粉砂、细砂、卵石及卵石层内的圆砾、砾砂、中砂等多种亚层组成；第四系地层之下为上第三系粉质粘土。本项目基坑长约302m，宽约248m，基坑开挖深度4.0~11.4m，基坑侧壁安全等级为一级，根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质条件，结合洛阳目前较成熟的作业设备方法，拟建筑基坑采用的支护结构类型为桩锚及放坡支护形式，该基坑支护类型属临时性，设计使用期限为一年。场地地形较平坦，大部分原为耕地，局部为拆迁场地，整体环境评价为一般，场地周边无临时道路。

3监测数据分析

由于实际工程地质条件复杂，施工现场不确定性因素较多，在实际工程的建设和施工维护中，均会受到一些潜在因素影响。因此，现场支护结构轴力和变形数据的实时监测对于工程安全尤为重要。在基坑施工和使用过程中进行跟踪监测，超前预报，确保施工期间施工人员、周围建构筑物及道路等财产安全，监测成果用于施工期间反馈设计，指导和调整施工后使用期间的安全。

M1~M6为锚索内力监测点，对应得在每列锚索上部路面设置位移监测点及沉降监测点。随着时间推移，锚索上内力及位移将发生变化且基坑将发生沉降，对锚索内力、位移及基坑沉降量进行监测对于地下结构安全具有重要意义，本文主要探讨锚索内力、位移和基坑沉降量的变化规律。其中桩身采用C30混凝土浇筑，成孔直径0.9m，长度为13m，间距为1.8m，锚索放坡倾角为15°，成孔直径为150mm，竖向间距为2m，水平间距为1.8m，所用钢筋型号为3束15.2钢绞线，其中M1~M6锚索埋深依次变深。

可知，随着时间变长，锚索内力不断增大，六排锚索内力变化趋势基本一致，其中第一排锚索增幅最大，这表明应注重第一排锚索的内力变化。基坑锚索支护完成后，土层及建筑结构将发生微小沉降，使作用在锚索上的内力增大，但由于沉降非常小且锚索支护能力强，实际上锚索内力变化并不大。此外，随着锚索埋深增加，锚索内力亦不断增大，这是由于随着埋深增加，深部围压增大，锚索不仅要承受上部结构荷载，还要承受深部围压作用，导致作用在锚索上的内力增大，但随着时间增加锚索内力增幅相对较小。

在实际工程中，锚索内力监测必不可少，且锚索内力会设置内力阈值，一旦超过阈值将进行预警并实施紧急方案，锚索内力在小范围内变化为正常现象。如果锚索内力过大，将导致锚索发生损坏，其支护效果将变差，基坑结构可能发生失稳，这对工程结构安全性有极大影响。对基坑支护结构受力及变形情况进行监测往往起到预防及警示作用，为工程安全提供保障，为人员安全保驾护航。因此，锚索内力监测对工程安全意义重大。但在锚索结构设计时也不能将其强度设置太高，这将造成材质浪费，应根据工程实际情况进行锚索结构设计，考虑经济、施工和安全三方面。

锚索位移随深度的变化曲线，随着埋深增加，锚索位移整体上呈先增大后减小变化趋势且六排锚索变化趋势一致，这可能与锚索受力情况有关，当埋深为6m时，锚索位移达到最大值。当埋深较小时，上部土层相对松散，在外部荷载作用下产生较大位移，随着埋深增加，位移不断增加；当埋深较大时，锚索将承受一定围压作用，埋深增加使得锚索受力情况发生改变，这将对锚索位移产生一定限制，导致位移不断减小。

锚索顶部基坑沉降量变化曲线，随着时间变长基坑沉降量不断增大，其中第一排锚索处沉降量幅度最大，这是由于第一排锚索埋深较浅，上部土层相对松散，密实度相对较低，在外部荷载作用下其密实度增加，导致沉降量较大。

4结论

本文以实际基坑工程为依托，重点分析了不同时间和深度变化下锚索内力变化规律，主要结论如下：

（1）随着时间变长，锚索内力呈增大趋势，不同深度下锚索内力变化规律相同，埋深较浅的锚索增幅较大。

（2）随着锚索埋深增加，锚索内力不断增大，埋深增加将使得锚索承受结构荷载与深部围压耦合作用，使得锚索上的内力增大，但随着时间增加锚索内力增幅相对较小。

（3）锚索位移整体上随着埋深增加呈先增大后减小趋势，六排锚索变化规律大致相同，锚索位移在埋深6m时达到最大值。

（4）随着时间变长基坑沉降量不断增大，外部荷载作用使得上部松散土层密实度增加，导致第一排锚索处沉降量最大。

参考文献

[1]郑国琛,祁皑.地铁引发邻近建筑物振动及控制研究评述[J].地震工程与工程振动,2018,38(5):93-102.

[2]程传智.深基坑支护与岩土勘察技术探讨[J].江西建材,2021(09):116-117.

[3]卞艳山.地面汽车荷载影响下邻近建筑物的振动响应规律研究[D].邯郸:河北工程大学,2017.

[4]李鹏.汽车振动作用下黄土斜坡的动力响应及其致灾机理研究[D].长安:长安大学,2017

[5]丁森林,钱德玲, 戴启权,等.车辆荷载影响下深基坑开挖稳定性分析[J].合肥工业大学学报(自然科学版), 2019, 42(5): 671-676.

[6]杨晓华.龙门吊移动荷载下土岩组合地层基坑变形监测与分析[J].铁道建筑, 2018, 58(9): 84-87.

[7]孟上九,周健,王淼,等.车辆荷载下路基变形特性分析[J].地震工程与工程振动, 2018, 38(2): 35-41.

[8]李芬,于建立.施工扰动荷载对基坑支护结构的影响研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2019, 43(1): 26-30.

[9]朱海涛,舒魏碧章.列车交叠动荷载对邻近基坑结构动力响应分析[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版), 2020, 33(1): 37-42.