樁錨基坑支護錨索位置優化分析

鄧海明 高青松

?摘 要 樁錨固技術是一種新型的深基坑支護結構，它在我國的基坑工程中應用十分廣泛，具有施工簡便、工期短、造價低的優點;但也存在著一些問題，如：樁身的穩定性較差，對周邊的影響大，容易出現沉降裂縫，對周圍建筑物的安全造成威脅等。本文主要研究樁錨基坑支護錨索位置優化分析，從樁錨基坑支護的概念、原理、過程和位移反分析等出發，提出相關策略，以供相關專業人士參考。

關鍵詞 樁錨基坑支護 錨索位置優化 巖土工程勘察設計

中圖分類號：TU93 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）05-0031-03

隨著我國經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，城市建設和交通設施的要求也越來越高，為了滿足日益增長的對大型基礎設施的需求，以及人們對工程質量的更高標準，樁基礎在其中的應用范圍將進一步擴大，樁基施工技術的重要性逐漸顯現出來。

1 樁錨支護理論概述

1.1 樁錨支護

在樁錨支護過程中，首先要考慮的就是對施工場地的要求，以及周邊環境的影響因素，其中，包括了周圍建筑物的布置、地下管線的敷設、地下水的埋深及開挖深度等[1]。在進行樁錨支護時，要根據實際的情況來選擇合適的方法確定其位置，并且還要對其穩定性加以校核。樁的設置主要是為了保證基坑的穩定，防止出現坍塌的現象而采取的臨時性的措施;其次，是通過控制截面的大小和長度，從而有效地降低沉降量，使其能夠滿足設計的基本原則。

1.2 樁錨支護結構的設計原理

根據相關規范，樁錨支護的設計過程主要包括以下幾個階段：（1）樁的穩定性分析;（2）基坑安全計算;（3）施工工藝的選擇與設計。在運行樁錨支護的設計和施工時，首先需要考慮的就是巖土工程的特點和要求，并結合實際情況，制定出科學合理的設計方案來滿足該建筑物的安全性、經濟性以及可靠性。在確定了巖土的強度后，才能對其采取相應的加固措施，從而保證該建筑的穩定性能。其次，還要對其的抗拉、抗剪性能做出評價，以確保其具有足夠的承載力。最后，還應綜合各種因素，如周圍環境的條件等，來選取最合適的方案以提高整個地下結構的整體剛度，使之達到最佳的使用狀態。因此，我們要從多個方面入手，全面了解影響巖土的受力狀況，并通過多種方法的比較最終得出最優的處理手段。

1.3 樁錨支護結構的基本安全標準

安全系數的定義是：在一定的安全范圍內，某一特定的工程結構或支護體系的危險程度。它是一個相對的概念：在任何情況下，當某項事故發生時，將導致整個系統的損害（如破壞設備、設施、施工人員傷亡等）。樁錨支護的基本要求：（1）保證相鄰建（構）筑物和道路的安全性;（2）確保臨近建（構）筑物和道路上的行人及車輛的人身財產的安全;（3）對周圍環境的影響不能通過設計來控制。例如：地震產生的危害、地下水位下降的可能性，以及振動引起的應力變化等。只有把這些因素都納入到考慮的范疇中，才能使其發揮最大的作用，以達到減少甚至杜絕災害的目的，而不被拆除[2]。

2 樁錨支護基坑位移反分析

為了保證建筑結構的安全性和經濟性，同時也要確保周邊建筑物的穩定，減少因巖體的不均勻沉降而引起的設計變更，所以對該部分的研究具有十分重要的意義;另外，隨著我國城鎮化建設的快速發展，大量高層及超高層住宅隨之而來，這就使得地下空間的開發與利用成了一項非常熱門的課題。

2.1 樁錨支護基坑變形機理

基坑開挖過程中，樁錨支護的穩定性直接影響到周邊建筑的安全和施工進度。樁錨支護的主要作用是保證圍巖的穩定和防止地下水的滲流，同時也可以避免由于樁的變形而導致的墻體位移、沉降等問題的出現;而對于不同類型的圍巖，其變形的特點也是不一樣的，從控制荷載量的方面考慮，其對圍巖的破壞通常表現在以下兩個階段：（1）擋土墻的加固;（2）擋土墻的固結：擋土墻的固結就是指采用一定的措施將兩部分的固結融在一起的一種方法。前者在軟土地基的承載力的要求下，能夠有效地減少沉降的可能性，從而使工程的造價得到降低。

2.2 樁錨支護基坑位移反算

根據基坑開挖的具體情況，樁錨支護的施工過程中，樁體的變形主要是由以下幾個因素造成的：（1）樁體的抗力受到影響，在實際工程中，由于地質條件的限制和土質差異，地下土壓力的作用下，會產生一定的側向應力，使其發生了改變，導致其出現了較大的變化;（2）在進行深挖的時候，會對周圍的建筑結構的穩定性帶來很大的干擾;（3）當采用人工輔助措施時，可能會對周邊的建筑物以及相鄰的管線等設施的安全穩定構成不利的影響;因此，對于以上的各種問題，本文提出的控制方法是：在設計的基礎上，利用有限元軟件，建立深挖深度的計算模型，并結合現場的監測數據，通過模擬的結果與理論值的對比分析，最終確定了該深埋錨固支護的施工方案，同時也為以后的工作提供參考[3]。

3 樁錨基坑支護錨索位置優化策略

3.1 模態

模態是指樁錨固體系的彈性應變計的工作狀態，是通過測量其在施工過程中的實際位移和變形，來確定其相應的變化量的一種方法。它包括了以下幾個方面：

（1）根據工程的具體情況，選擇適當的測試工具，如鉆、灌注樁，振動沉管法等，并記錄數據;（2）在進行試驗前，將模擬的巖土體放置于現場，觀察巖土體的動態特性，并對不同的力學性質的材料，施加一定的荷載，以確保其具有良好的抗壓性能;（3）在使用前，應先對試件的性能參數和結構的穩定性進行檢查，以確認試件是否滿足設計要求。如果不符合，則需要調整或更換;（4）當巖土體的應力超過了極限值時，應立即采取措施，使之恢復到初始的平衡狀態。當加載次數較多，或樁長較短，或鉆孔深度較大時，可分別采用單點鉆孔，單點鉆孔，雙點鉆孔，連續多次[4]。D189C046-BC35-4F15-A13A-049B174D8530

3.2 樁錨支護結構的動態響應

當基坑開挖深度較大時，樁錨支護的受力狀態會發生變化，進而導致支護結構的應力分布不均，出現位移，甚至發生破壞。為了保證樁錨支護的安全穩定，必須及時對其進行動態響應分析。

（1）對圍巖條件的評價。圍巖的穩定性是影響樁錨支護設計的關鍵因素。在施工中，應根據圍巖的物理特性和力學性能，采用相應的方法來確定其作用范圍，并通過試驗結果來判斷所選的參數是否符合要求;（2）對土壓力的計算和土體的粘聚性的分析。在實際工程中，由于各種原因，往往會使樁的內力與極限承載力達不到預期的目的而引起失穩。因此，需要考慮土體的粘聚性。對于軟塑類或含塑區的軟黏土地區，可使用固結灌漿法或鉆孔灌注法，但要注意泥漿固結的質量問題。

3.3 樁錨支護的沉降量

影響樁錨支護施工的質量因素有：基坑深度、巖土性質、水文地質條件等。

（1）樁的選擇。根據工程實際情況，確定采用以下原則：在巖土勘察資料中，孔隙含水飽和度和孔隙比應滿足設計要求;當鉆探數據中已知地下水位時，可選用孔徑較小的鉆井;當鉆探數據中未知地下水位時，可考慮利用超聲波探測方法進行現場檢測，并檢測其穩定性和敏感性;（2）控制樁的長度及間距。若遇特殊地段，應采取相應措施，保證其長距能達到規范規定的技術標準。如在砂層地區，需對其進行處理，以降低差異沉降量。若為中等規模的砂層，則需增加樁距，并加強混凝土的澆灌，使之形成一定的強度后，再加大預應力張拉。同時還應對預應力張拉值的變化范圍內的土體施加壓力;（3）通過對巖土的性質分析，確定巖質邊坡的主要影響因素是強風化帶的活動性以及地震力。因此，在選用相應的巖質邊坡的穩定性時，要充分結合現場的具體勘察資料，并與當地的氣象預報相結合，綜合分析，最終選擇出合理的巖石力學指標[5];（4）對于軟粘土地區的地基處理，要從兩個方面入手：一是對軟粘土地區進行加固;二是采用粉砂或碎石等硬性材料的基礎上，提高其承載力[6]。同時也要注意防止地下水的滲漏，保證場地的安全和穩定。

3.4 優化程序

由于樁錨支護的施工過程中，基坑周圍土體的變形是不可避免的現象;而在實際工程中，樁基礎的開挖深度往往比較大，且其受荷載的影響較大，因此在進行支護時，會出現一定的不平衡沉降問題，導致其整體穩定性受到破壞，甚至會發生巖體開裂等安全事故。所以，需要優化其結構。

（1）確定影響樁錨支護穩定性的因素。在進行了工程勘察和施工之后，首先要對現場的巖土情況和地質條件等有全面的了解后，再結合規范的要求以及相關的設計圖紙，對可能出現的問題制定出相應的預防措施;（2）計算巖土體的塑性指數，并將其與安全系數相比較，從而選擇最優的支護方案;（3）根據巖土體的性質、規模、開挖深度等，分別采用不同的組合方式，并考慮到實際的場地環境;（4）在保證基坑安全性的前提下，對樁錨支護的變形控制，主要是防止相鄰的兩個樁的位移超過允許值，同時也要注意避免鄰近建筑物的沉降[7]。當地下水位低于設計值時，應采取一定的加固處理，以降低其沉降量。當基坑的埋深較大時，應適當提高其埋置深度，但不可以直接挖掉，以免增加地基的不均勻沉降。

3.5 優化數據

通過以上的分析，得到了樁錨索支護工程的施工過程中的各項數據，并對其進行了統計和分析，以保證后續的設計工作的順利實施。根據上述的結果可以看出：樁錨基坑支護的優化方案的確定是一個復雜的系統工程，在實際的施工中，要結合各種因素的影響來對其做出相應的優化調整，才能使整個項目的安全性能得以提高[8]。因此，就需要考慮以下的幾個方面：

（1）對于巖土的穩定性以及承載力，必須要有足夠的重視;（2）巖土的抗剪強度應該滿足規范要求;（3）地基的沉降變形應符合相關的標準規定，并且不能夠超過允許值。如果不滿足此條件，那么就會導致后面的優化措施無法有效地開展下去，甚至可能會造成更嚴重的后果;（4）樁的沉降，應盡量控制在合理范圍內，避免出現過大的波動變化，從而引起結構或構件的破壞等。同時也不能忽視周圍的建筑物、地下管線等。

4 結語

本文以巖土工程勘察設計為基礎，以錨索支護為例，對其施工過程中的樁（柱）的穩定性進行了分析，并對其可能出現的問題提出了相應的控制措施。介紹巖土工程技術的基本知識，包括巖土的概念、分類及應用;通過現場的實際情況，分析在樁基實施的時候存在的安全隱患，并根據這些危險因素的影響程度，結合相關的理論和經驗建立了樁錨支護的優化設計方案。

參考文獻：

[1] 郝宇.深基坑開挖對環境及毗鄰隧道安全影響及控制措施的研究[D].北方工業大學，2021.

[2] 同[1].

[3] 陳政旭.深基坑微型鋼管樁支護結構變形穩定分析及工程應用[D].蘭州理工大學，2021.

[4] 同[3].

[5] 李曉怡.昆明某軟土深基坑支護方案優選與研究[D].昆明理工大學，2021.

[6] 同[5].

[7] 趙東辰.格盟低碳城基坑工程設計及施工方案優化[D].太原理工大學，2020.

[8] 劉天寶，李欣.黃土地區深基坑樁錨支護結構變形的影響分析[J].建筑結構，2021，51（S1）：2012-2017.D189C046-BC35-4F15-A13A-049B174D8530