刘腾飞

（河北工程大学 土木工程学院，河北 邯郸 056000）

1 引言

高层建筑的日益发展，提高了对深基坑工程的稳定性和变形要求，桩锚支护由于其本身占地小、稳定性高、控制变形良好等优点，被广泛应用于高层基础建设深基坑工程施工中。

目前，桩锚支护已成为大量专家学者研究的方向,取得了较大成果。（1）龚晓楠等基于现有的岩土工程变形控制设计理论和实践工程，详细介绍了不同专业岩土工程设计施工理念。（2）李华伟等结合大型深基坑工程的监测数据和现场测试资料，对基坑开挖过程中支护结构、土体位移和内力进行研究，分析根据时空效应下基坑支护结构受力与变形之间的关系，并基于此，提出了动态土压力的概念，在基坑开挖的动态过程下，分析基坑土体和支护结构的受力及位移演化过程，为现有基坑安全施工提供了指导。（3）杨小平等假设基坑开挖平面为Mindlin的弹性半空间表面，建立计算模型，再利用有限元差法求解结构受力和位移。（4）徐中华等收集了上海地区地下连续墙的监测数据，通过统计分析软土层厚度、插入比、支撑系统刚度、坑底抗隆起稳定系数和首道支撑的位置等因素对地下连续墙变形的影响，得出地下连续墙的位移值在0.42%H左右，提出了围护结构最大水平位移和地表沉降量的相关特性。（5）韩健勇等通过对杆系有限元方法对桩锚支护结构的内力进行计算，得到了支护结构的受力变形规律，并通过实测数据分析，总结了桩锚支护结构的支护特性与施工要点，研究了桩锚支护结构内力计算与稳定性验算方法，分析了基坑支护结构受力变形规律。

从现有的理论研究看,对控制基坑变形提供了丰富的理论基础。基坑变形影响因素过多，受地区限制过大，相关的研究还不够完善。由于研究理论的地区差异性过大，并不能准确应用于所有工程，经常出现一些基坑变形过大的问题，因此，本文根据实际工程，在保证工程稳定的同时，研究预应力锚索对深基坑变形的影响，通过观察基坑和支护结构的位移变形情况，探讨预应力锚索的作用，为后来工程提供借鉴。

2 工程实例

2.1 工程概况

新建项目为邯郸市某工程，拟建地上14层、地下3层，商业部分地下车库为地下2层，采用筏板基础，主楼拟采用桩基。该工程地形平坦，土体多为粘性土，夹杂有少量的粉土、沙土层。该工程地质分层大约分为4层，分别是素填土、粉土、粘性土、粉质粘土。根据土层勘察报告中土层情况和综合成果表提供土层的基本参数（重度为平均值，粘聚力和内摩擦角为标准值）如表1所示。

表1 土层的基本参数汇总表

2.2 基坑支护方案

基坑拟采用桩锚支护形式，基坑深度为14.3m，排桩直径为0.8m，桩基间距为1.5m，嵌入深度为15.9m，锚索入射角为15°。坑顶设计荷载为20kPa。竖向布置4排锚索，竖向间距均为2.7m。施加预应力分别为540kN，400kN，380kN，300kN。满足基坑稳定性要求。

3 桩身内力与锚索关系

根据上述条件，在保证基坑其他条件不改变的情况下，通过控制有限元软件计算支护桩的位移，如图1所示。

图1 支护桩位移与锚索布置的关系

由图1可见，当支护结构不发生改变，仅增加减少锚索的道数时，支护桩的最大位移会随着锚索倒数的增加而减小。在无锚索支护体系中支护桩的最大位移为109.5mm；有四道锚索支护时，支护桩的最大位移为38mm；取消第一道锚索后，支护桩最大位移为52mm；取消第二道锚索后，支护桩最大位移为45.4mm；取消第三道锚索后，支护桩的最大位移为41.8mm；取消第四道锚索后，支护桩最大位移为39.5mm。说明在桩锚支护中支护桩的位移与锚索的位置有关，在桩锚支护中第一道锚索能够明显减小支护桩的水平位移，锚索越靠近基坑开挖面，锚索控制桩体位移的作用越小。当仅有一排锚索时，在四道锚索作用下，支护桩的最大位移分别为55.4mm、63.7mm、75.5mm和92mm，说明在保证基坑稳定的前提下，锚索越远离基坑开挖底面，锚索控制支护桩变形的作用越大，第一排锚索的支护桩最大位移大约是无锚索支护桩的二分之一。通过改变支护锚索的预应力和位置可以减小支护桩最大位移，布置多道锚索可以减小支护桩的水平位移，减少支护桩反弯点的出现。

4 基坑地表沉降与锚索关系

地表沉降是判断基坑稳定的重要参数，通过计算得出地表沉降与锚索之间的关系，如图2所示。

由图2可知，无锚索布置时，基坑地表沉降最大为75mm，有锚索布置时，地表沉降减小到15mm，锚索布置能有效减小地表沉降，当锚索距离支护桩顶的距离越近时，地表沉降越小。在分别缺少第一、二、三、四道锚索时，地表沉降也不相同，地表最大沉降分别为24.6mm、21.9mm、19.8mm和17.9mm。基坑地表沉降随锚索间距的增大而增大，且其增量值可忽略不计。因此，可通过改变第一排锚索的位置和预应力控制基坑地表沉降。

图2 基坑地表沉降与锚索位置关系

5 结语

本文以实际工程为依托，通过观察基坑地表沉降与支护桩最大位移之间的关系，分析桩锚支护结构中锚索对基坑变形的影响，得出：（1）第一排锚索对基坑变形的影响较大，第一排锚索能有效控制基坑地表沉降和支护桩的水平位移。（2）第一排锚索位置和预应力确定时，锚索越远离基坑开挖底面，桩身位移越小，对基坑地表沉降影响越小。（3）工程中可以调节第一排锚索的位置和预应力，控制基坑变形，通过布置多排锚索，加大锚索间距，减小桩身内力。