深基坑桩锚支护结构变形监测分析

2024-08-24 67 上传者：管理员

摘要：以深圳福田区某基坑工程为例，监测基坑开挖对支护桩深层水平位移、支护桩及锚索应力的影响，并对监测结果进行对比分析。结果表明，各项监测指标均在规范允许范围内，验证了桩锚支护的有效性；开挖不同阶段，支护桩深层水平位移、弯矩和锚索轴力变化规律保持一致，且在开挖完成时达到峰值；邻近高边坡影响导致的变化与传统桩锚支护不同，是由于基坑开挖引起的桩后土压力平衡破坏所致。该研究结果可为类似基坑工程监测提供一定的参考。

关键词：
变形监测
基础设施
桩锚支护结构
深基坑
高边坡
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在城市和基础设施建设中，深基坑开挖是获取地下空间的关键手段，但土层和支护结构变形问题备受关注[1-2]。随着基坑深度增加和周边环境复杂化，支护结构的变形问题成为研究的焦点。学者们通过实际工程，采用不同方法深入研究基坑支护结构的变形。陆培毅和王子征（2015)[3]基于实测数据，详细分析了不同开挖阶段的围护结构变形、土体侧移和地表沉降；侯亚彬等（2020)[4]以重庆地铁深基坑工程为例，综合分析了桩撑、桩锚、板肋支护结构的水平和竖向位移、支护桩深层水平位移及地表沉降等变形特征；YU&SHA(2021)[5]通过监测数据分析大型深基坑工程的地表垂直位移和周围深层土壤水平位移，利用数据拟合有效预测基坑变形，为工程提供指导。

本文以深圳福田区某基坑工程为例，对邻近高边坡条件下深基坑开挖中桩锚支护结构的变形进行对比分析，为类似工程提供了有益参考。

1、工程概况

本工程基坑总开挖面积约为11 550 m2，周长约为465 m。简化地层为杂填土、粉质黏土1、粉质黏土2、强风化混合花岗岩、中风化混合花岗岩。根据土工试验报告，相关土层计算参数如表1所示。

表1土层计算参数

基于经济和技术因素，鉴于二级支护等级，采用桩锚支护方案。支护桩选用C30强度，参数为桩径1.0 m，桩长21.2 m，桩间距1.6 m；在0.9 m、3.3 m和6.2 m深度设置锚索，每道由3根直径5 mm的7股钢绞线组成，预拉力为140 kN，锚索间距1.6 m，锚固段20 m，自由端长分别为10 m、9 m和8 m；冠梁和腰梁的截面尺寸均为1 000 mm×800 mm，强度C30。

2、监测内容

根据地质勘查和基坑深度，该项目选择了基坑的南北侧作为主要监测区域，监测内容包括桩的深层水平位移、桩弯矩和锚索应力。监测点平面布置图如图1所示。

图1监测点平面布置图

3、监测结果对比分析

3.1桩深层水平位移分析

基于南北侧最不利桩锚支护剖面附近的深层水平位移监测数据，绘制了不同基坑开挖阶段南北侧支护桩深层水平位移变化曲线，如图2所示。由图2可知，随着基坑深度增加，支护桩的锚索拉力减弱，导致水平位移增长缓慢，所有监测点水平位移均未超过警戒值。特别是基坑第五阶段开挖完成时，CX8监测点桩顶水平位移达10.06 mm,CX4监测点为13.13 mm，两者向坑内变形。不同阶段支护桩水平位移规律相似，即位移在桩顶最大，至桩底逐渐减小，底部水平位移接近0。

图2不同开挖阶段桩深层水平位移图

3.2桩弯矩分析

提取了南北侧最不利桩锚支护剖面附近支护桩钢筋应力监测点ZL1和ZL3的数据，并采用公式进行了计算，得到了基坑开挖各阶段桩弯矩变化曲线，如图3所示。由图3可知，在不同开挖阶段，支护桩弯矩变化曲线基本一致。基坑靠近高边坡，开挖过程中破坏了土压力平衡，导致锚索对支护桩的拉力逐渐减弱，最终导致支护桩的正负弯矩值逐渐增大，呈现“S”形曲线趋势。

3.3锚索应力分析

提取南侧最不利桩锚支护剖面附近基坑的锚索应力数据，绘制了不同开挖阶段南侧锚索轴力变化曲线，如图4所示。由图4可知，随着基坑逐步开挖，锚索对基坑支护桩的应力逐渐释放，其轴力值呈非线性增长，增长速率逐渐减缓。在基坑第五阶段开挖完成时，MS3监测点的锚索最大轴力达到245.68 kN。值得强调的是，所观测的锚索轴力值均在规范控制范围内，符合安全要求。

图3不同开挖阶段支护桩弯矩图

图4不同开挖阶段锚索轴力变化曲线图

4、结束语

本文以深圳市福田区某基坑工程为案例，针对邻近高边坡的特殊设计条件，研究了基坑监测方案。通过监测与分析基坑开挖引发的变化，得出以下结论：①基坑支护桩的深层水平位移、弯矩和锚索轴力在规范范围内，显示桩锚支护结构有效；②基坑不同阶段内，支护桩的深层水平位移、弯矩和锚索轴力变化趋势相似，开挖完成时达峰值；③受邻近高边坡影响，基坑开挖导致的支护桩水平位移、弯矩和锚索轴力变化与传统桩锚支护结构有异，因基坑开挖破坏了桩后土压力平衡所致。

参考文献:

[1]李芳宝,龙喜安.佛山地区深厚软土地层地铁深基坑支护结构变形特性与适用性分析[J].隧道建设(中英文),2022,42(增刊2):294-304.

[3]陆培毅,王子征.软土地区超大规模深基坑设计与变形监测分析[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2015,48(2):185-188.

[4]侯亚彬,陈玉,王新胜,等.山地城市某地铁深基坑监测与特性分析[J].测绘通报,2020(增刊1):91-95.

文章来源:张铁球.深基坑桩锚支护结构变形监测分析[J].科技与创新,2024,(16):137-138+141.