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桩锚支护结构内力演化及受力特性对比研究

杨校辉  
【摘要】:本文在对西北地区深基坑支护结构设计研究现状的基础上,首先,以西宁火车站综合改造基坑工程为例,对深基坑桩锚支护结构优化设计和基坑降水进行了说明。其次,在该基坑中选择3个典型桩锚支护单元,分别对悬臂排桩、单支点排桩和两支点排桩在基坑开挖和桩头侧向加载、不同工况锚杆拉拔过程中桩的内力和锚杆内力进行监测。结果表明: (1)悬臂阶段3根支护桩外侧桩身应力呈“拉—压—拉”变化,内侧桩身应力呈“压—拉”变化,这与一般认识不同。随着基坑的开挖,同一测点钢筋应力逐渐增大,最大值位置略微下移,应力零点出现的位置随桩长的不同而不同。 (2)单支点阶段随着基坑暴露时间的增加,外露桩身应力增大,桩身钢筋应力峰值出现在开挖面附近区域,开挖面以下桩身应力变化复杂,嵌固段应力零点比悬臂阶段出现的早。冠梁不仅能使支护桩的变形状态不同于上端自由的直立杆件,而且可以有效减小桩身内力。 (3)两支点阶段桩身钢筋应力变化趋于复杂,主要受基坑开挖时间和预应力锚杆的张拉锁定等因素的影响。 (4)锚杆拉拔至220kN时,10.5m以上桩身外侧钢筋受拉,内侧受压;12.0m以下内外侧钢筋均受拉,其中16.0-18.0m以下桩身受力几乎为零,说明支护桩长可以适当优化。锚头位移量为15-20mm,残余变形约3mm。 (5)在此地层条件下,单悬臂桩头内侧加载至210kN时,桩头位移达3.3cm,加载影响深度约8.0m;卸载至0kN时,桩体存在残余应力。 (6)锚杆锁定初期轴力减小量较大,随着时间的增加锚杆轴力略有提高。随着施工的进行,最大轴力值沿杆体向底部位移,说明潜在滑裂面随着锚杆预应力发挥的程度逐步向锚杆尾部移动;0-5.0m锚杆区段轴力降低约10%-15%,15m处基本为零,可以取为临界长度。 (7)对于两道或两道以上桩锚支护,下一道锚杆预加荷载承担了上一道锚杆原来抵抗的部分土压力,使上一道锚杆自由段的轴力减小。可通过超张拉与改进锁定工艺和严格施工管理等手段来弥补,使每根锚杆都发挥应有的作用。 (8)杆体轴力和剪力不是平均分布的,与目前预应力平均分布的假设和计算方法有一定出入。锚杆支护结构不应单纯以其承载力作为设计标准,而需考虑其最大允许变形量作为设计标准。 通过对现场试验成果的分析,准确地掌握了基坑开挖过程支护结构内力演化规律,实现了信息化施工;同时,为后续支护设计参数修改提供了依据,指出了目前支挡结构设计中存在的不足及进一步研究的方向。


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