單支點樁錨支護結構支點位置優化設計淺析

劉蘭蘭 安　琪 劉　宇 賈浩然 姜一鳴 張　言

（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

單支點樁錨支護結構支點位置優化設計淺析

劉蘭蘭 安琪 劉宇 賈浩然 姜一鳴 張言

（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

近年來，隨著城市建設的不斷擴大，地下工程的大量出現，深基坑工程事故越來越多，究其原因，主要為基坑支護結構的設計在一定程度上需依賴工程設計人員的經驗判斷。本文針對這一情況，以基坑工程中常用的單支點樁錨支護結構為基礎，探索支點位置對基坑支護體系設計產生的影響，為類似工程設計提供理論依據。

樁錨；支點；優化

0.引言

根據以往的工程經驗，單支點排樁支護結構基坑在設計過程中，其支點位置的不同將會對作用在排樁上的彎矩，支點力的大小以及支護結構變形等產生影響。目前基坑支護常采用理正軟件進行設計計算，該軟件需工程設計人員確定支錨位置等設計參數，這將對設計人員提出較高要求，特別是相關經驗匱乏的設計人員進行設計時需要進行多次調整尋求合理設計結果。鑒于此，本文采用用理正深基坑7.0PB1軟件進行試算，尋求不同開挖深度時，支點的最優位置。

1.技術方案

本文在計算分析時，為考慮基坑開挖深度對計算結果產生的影響，分別選取了開挖深度為6m、7m、8m及9m四個不同挖深的基坑進行計算。各不同挖深的基坑，場地條件相同，地質條件見表1。

為考察支點位置不同對結果產生的影響，計算時支護樁信息、錨桿材料信息及強度均相同，其中支護樁直徑0.6m，樁間距為1.4m，采用一樁一錨，結構信息見表2。

表1　土層參數信息表

表2　支護結構信息表

圖1　開挖深度為6m時計算結果圖

圖2　開挖深度為7m時計算結果圖

圖3　開挖深度為8m時計算結果圖

2.計算結果

依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120-2012，采用增量法進行內力計算，分別計算了開挖深度為6m，7m，8m，9m，錨桿位于地面以下深度為1m、1.5m，2m，2.5m，3m，3.5m，4m，4.5m時，樁身最大彎矩、錨桿支點力、支護結構水平位移及地表沉降。

圖4　開挖深度為9m時計算結果圖

圖5　不同基坑開挖深度彎矩變化圖

圖6　不同開挖深度最大水平位移與地表沉降圖

2.1同一開挖深度計算結果分析

采用理正軟件，分別計算在不同開挖深度時各不同支點位置作用下，基坑支護結構上的最大彎矩、最大剪力、錨桿最大軸力與最大水平力，并計算水平位移與地表沉降曲線，如圖1～圖4所示。

從圖中可以看出，同一開挖深度下，隨著支點位置的下移，作用在支護結構上的最大彎矩與最大剪力均呈現出先減小后增大的趨勢，轉折點出現位置較為接近。雖然基坑開挖深度相同，但是由于錨桿作用位置不同，使得支護結構內力出現較大區別，這也就說明對于單支點支護體系錨桿位置不同將會使得設計結果出現較大不同，而內力的轉折點即為使得單支點樁錨支護結構，支護樁彎矩（即支護樁配筋）最小的最優支點位置。但與支護樁最大彎矩不同，錨桿支點力隨支點位置不斷下移逐漸增加，主要由于開挖深度越大，那么作用在支護結構上的土壓力越大，支護結構需提供更大的反力平衡不斷增加的土壓力。

2.2不同開挖深度計算結果分析

現將不同開挖深度時，支護結構最大彎矩繪于圖5。從圖5中可以清楚地看出，雖然開挖深度不同，但是最大彎矩的變化趨勢一致。

從本次計算結果看，開挖深度為6m、7m、8m與9m最優位置分別位于地面以下2.5m、3m、3.5m與4m，位于基坑開挖深度一般以上0.5m處，對于單支點樁錨支護體系，隨開挖深度的不斷增大錨桿最優位置不斷下移。

將不同開挖深度時，支護結構最大水平位移與最大地表沉降繪于圖5。從圖6中可以看出，隨著支點位置的不斷下移，作用在各開挖深度支護結構上的最大位移均呈現出先增大后減小的趨勢，轉折點即為單支點樁錨支護結構水平與豎向變形最小的最優位置。

從本次計算結果看，開挖深度為6m、7m、8m與9m最優位置分別位于地面以下2.5m、3m、3.5m與4m，位于基坑開挖深度一般以上0.5m處，與彎矩最優位置相同。地表最大沉降分別位于地面以下3.5m、4m、4.5m與5m，位移基坑開挖深度一半以下0.5m處。

結論

通過本文的計算與分析，可以看出相同開挖深度不同支點位置將會支護結構內力與位移均產生較大影響，在實際工程的設計計算中需根據實際工程情況，尋找最優支點位置。

（1）經過計算，得到了同一開挖深度，不同支點位置支護結構的內力與位移分布，均呈現先增大后減小的變化趨勢。

（2）通過對比計算結果得到了不同開挖深度支護結構的內力與位移同支點位置的變化規律，得到了內力最優及位移最優支點位置，其中內力與水平位移最優支點位置相同，為基坑開挖深度一般以上0.5m處，地表沉降最優支點位置為基坑開挖深度一半以下0.5m處。

［1］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊（第二版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［2］ JGJ120，建筑基坑支護技術規程［S］.

［3］ GB50010-2001，混凝土結構設計規范［S］.

［4］ JGJ94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

TU311

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吉教科合字【2016】第539號，非飽和土增濕變形與敏感性參數的實驗研究。