樁錨支護結構

樁錨支護是將受拉桿件的一端固定在開挖基坑的穩定地層中，另一端與圍護樁相聯的基坑支護體系，它是在岩石錨桿理論研究比較成熟的基礎上發展起來的一種擋土結構，安全經濟的特點使它廣泛套用於邊坡和深基坑支護工程中。在基坑內部施工時，開挖土方與樁錨支護體系互不干擾,能有效的縮短工期，尤其適用於複雜施工場地及對工期要求嚴格的基坑工程。

基本介紹

• 中文名：樁錨支護結構
• 外文名：The pile anchor supporting structure
• 組成：護坡樁、土層錨桿、圍檁和鎖口梁
• 特點：採用錨桿取代基坑支護內支撐
• 套用：邊坡和深基坑支護
• 學科：土木工程

簡介

樁錨支護是深基坑的一種重要的支護措施,它的產生結合於抗滑樁支護方法和錨桿支護方法，其支護原理是綜合了抗滑樁和錨索的支護原理,即阻擋基坑邊坡下滑的抗滑力主要來源於錨桿所提供的錨固力和抗滑樁提供的阻滑力。樁錨支護體系主要由護坡樁,土層錨桿，圍檁和鎖口梁4部分組成，在基坑地下水位較高的地方，支護樁後還有防滲堵漏的水泥土牆等，它們之間相互聯繫，相互影響，相互作用，形成一個有機整體。樁錨支護體系其主要特點是採用錨桿取代基坑支護內支撐，給支護排樁提供錨拉力，以減小支護排樁的位移與內力，並將基坑的變形控制在允許的範圍內。

研究現狀

樁錨支護結構是基坑開挖邊坡支護方法中最常的一種，它主要有由一系列排樁和錨桿組成，其中排樁為擋土體系，錨桿為支撐體系。在不能進行放坡開挖及等施工條件受到限制的的城市密集區被經常採用。樁錨支護體系中的排樁主要要來擋土和擋水，錨桿主要是利用其自身與地層的錨固力給排樁體系一個水平的支撐拉力，阻止傾倒與土體滑動。一般來說，樁錨支護體系可套用於開挖深度在一的基坑工程中。國內外常用以下幾種方法對排樁錨桿支護結構進行分析。

靜力平衡法

該方法是最早套用於實際工程中並且是工程設計人員最為熟悉的一種計算理論。該方法第一步即在樁體上尋找一個點，假定該點的土壓力和位移均為該支護結構體系中的樁體則圍繞該店發生剛性轉動，轉動點以上的樁部分承受土體的主動土壓力而向基坑的開挖方向偏轉，轉動點以下的樁部位受到土體被動土壓力作用而向基坑開挖相反的方向偏轉，土壓力由經典土力學理論計算得出。再結合樁體的嵌固深度和錨桿水平拉力，根據靜力平衡條件則最終計算得出支護結構的內力，使之保持基坑各種穩定性要求由於靜力平衡法的假定條件比較簡單，當支護結構體系各種參數發生變化時，特別是在多支點結構設計計算中，則難以對其進行準確的表達，因而逐漸被彈性支點理論所取代，但是因為它原理簡明易懂，計算方便，並且實踐證明它對簡單支護結構誤差影響較小，許多設計計算特別是懸臂式仍然採用該方法，對懸臂式支護和單支點支護的嵌固深度，我國《建築基坑支護技術規程》明確規定應按靜力平衡法進行計算確定，並且靜力平衡法在某些特定領域的計算還會得以繼續發展套用。然而靜力平衡法具有其局限性，它把被動土壓力假定為基坑內側的土抗力，並且假定對支護結構內力的計算與其剛度係數無關，這與實際情況不相符，支護結構真實的受力狀況也沒能從理論得以反映。實際上由於排樁位移有控制要求，基坑內側土體並沒有完全處於被動狀態，而是處在彈性抗力階段。

彈性地基梁法

該方法把樁錨支護體系結構看作是基地的支座梁，即把地基與基礎看作一個整體，共同作用，然後求得地基與基礎接觸帶的壓力分布，進一步解出支護結構的內力。基坑開挖面以上的土體對樁體提供主動土壓力，開挖面以下的土體樁提供主動土壓力和被動土壓力之和。單層錨桿的樁錨支護採用極限平衡法計算，用分層平衡法計算多層錨桿支護。但是該方法不能計算出預應力錨桿的預應力對支護結構的作用，因此無法計算得出土壓力作用下支護結構的位移。同樣該方法也具有不足之處①無法計算多支點多錨桿支護樁錨共同工作下支護結構的內力以及位移②無法對對支護結構的樁和錨進行最佳化設計，影響經濟效益③由於多層錨桿的計算採用分層平很法，與靜力平衡法相似，即假定樁身剛度與支護結構的受力無關，與實際受力情況不相符。

桿系有限元法

該方法的基本原理就是把樁錨支護體系的支護結構桿件離散成許多相連的單元並用有限元單元法求解。有限元求解用梁單元模擬基坑開挖面以上的支護結構和用彈性地基梁單元模擬開挖面以下的支護結構。有限元單元法的本質是把支護結構分解成各種桿件，再用有限元單元法來分折這些桿勝的受力和位移。在用有限元單元法求解時，通常假設單元為等截面直桿,再對單元的近似位移模式假定,以虛功原理為基礎建立有限元方程，推導出剛度矩陣方程，再根據靜力等效原理把各個單元上的外力轉化到單元的節點上，構成等效節點荷載。因而有限元單元法的關鍵環節就是假設符合實際的位移函式，然後，將各個單無剛度矩陣組合成結構整體進行分析，將單元等效節點荷載集合成整體等效節點荷載列陣，並引出結構位移邊界條件，建立整體平衡方程組,得出基本未知量，最後計算各單元的內力和變形。

構造

錨桿支護體系由擋土結構物與土層錨桿系統兩部分組成，如圖1所示。擋土結構物包括鑽孔灌注樁、挖孔樁及各種類型的板樁等。土層錨桿由外露的錨頭、拉桿和錨固體三個部分組成。

圖1

拉桿

拉桿是錨桿系統中的中心受拉構件，作用是把來自於錨桿端部的拉力傳遞給錨固體。

拉桿桿體材料類型較多，需要根據拉桿的預應力值、土層條件、施工等因素綜合確定。預應力值較低或非預應力的錨桿通常採用普通鋼筋，即HRB335級和HRB400級熱軋鋼筋、冷拉熱軋鋼筋、熱處理鋼筋及冷軋帶肋鋼筋、中空螺紋鋼材等，多採用φ22～φ32，單根或2～3根點焊成束。預應力值較大的錨桿通常採用高強鋼絲和鋼絞線，有時也採用精軋螺紋鋼筋和中空螺紋鋼材。此外，近年來還出現了等截面鋼管、高強玻璃纖維錨桿等新型錨桿體系。

為保證拉桿周圍具有足夠的砂漿保護層，對於鋼筋拉桿可沿拉桿長度每隔1．5～2．0 m焊一個支架。拉桿插入鑽孔時，一般需要將灌漿管同時插入，因此鑽孔直徑必須大於灌漿管與鋼筋及支架高度之和。

錨頭

錨頭的作用是將拉桿和擋土結構連線起來，對擋土結構起支點作用，將擋土結構的支撐力通過錨頭傳遞給拉桿。錨頭由錨具、台座和承壓板三個部分組成。

(1)錨具。錨具將拉桿、承壓板和擋土結構牢固地連線在一起，通過錨具可以對拉桿施加預應力並實施預應力鎖定。如果拉桿採用粗鋼筋，則用螺母或專用的連線器、焊接螺絲端桿等。當拉桿採用鋼絲或鋼絞線時，錨桿端部由錨盤及錨片組成，錨片的錨孔大小根據設計鋼絞線的多少而定，也可採用公錐及錨銷等零件。

(2)台座。當支護結構與拉桿方向不垂直時，需要用台座作為拉桿受力調整的構件，並能固定拉桿位置，防止其橫向滑動與變位，台座可由鋼板或混凝土做成，其設定通常有兩種方式。

(3)承壓板。為使拉桿的集中力分散傳遞，並使緊固器與台座的接觸面保持平順，鋼筋必須與承壓板正交，承壓板一般多為20～40 mm厚的鋼板。

錨固體

錨固體是由水泥砂漿或水泥漿等材料將拉桿與土體黏結在一起形成的，其作用是將拉桿的拉力通過錨固體與土體之間的摩擦力傳遞到錨固體周圍的土層中去。根據不同的施工工藝，錨固體有簡易灌漿、預壓灌漿、化學灌漿等施工方法。

錨固體的形狀有圓柱形、擴大端部形及連續球形。對於拉力不大、臨時陛擋土結構可採用圓柱形錨固體；錨固於砂性土、硬黏性土層並要求較高承載力的錨桿，可採用擴大端部形錨固體；錨固於淤泥質土層並要求較高承載力的錨桿，可採用連續球形錨固體。