深基坑桩锚支护体系的受力变形研究及优化设计

支护 体系 因其 具 有工程适 应性 强等优 势被广 泛地应 用 于施 工 场地狭 窄 、 环境 复杂 的大 型深 基坑 工程 中 。
基坑 工程是 个复杂 、 系统 的岩 土工程 ， 坑 的开 基 挖 过程 中不仅涉 及 岩 土体 的 强度 问题 ， 涉及 岩 土 还
体 的变形 与位移 问题 ， 时还 涉 及基 坑 支 护 结构 与 同 土体 之间 的相 互作 用 ， 以基 坑 开 挖过 程 中的安 全 所 是 与桩锚支 护结 构的特点 紧密 相关 的 。
定结 构 ， 稳定 性较 好 ， 全 性能 较高 。桩锚 支护 体 系 安 是利 用锚 杆锚 固段 与 土层 之 间 的摩擦 力 ， 以及 支 护
桩嵌 入 土层所 提供 的支 撑 力来保 持整 个支 护结 构 的 稳 定性 ［ ， 能够 适 用 于 大 多数 深 基坑 及 超 深基 坑 １它 ］ 工程 ， 包括 一些 工程地 质 条件较 差 、 周边环 境控 制要
求 严格 的工 程 。 １ ２ 桩锚 支护体 系的工 作原 理 ．
图 ２ 春 树 里 基 坑 支 护 工 程示 意 图
Ｆｇ ２ Ｄ ａ ｒｍ ｆ ｒｊｃ ｖ ｒｉｗ ｏ ｈ ｎ ｈ ｌ ｉ． ｉ ａ ｏ ｏｅ ｔ ｅｖｅ ｆ ｕ ｓ ｕ ｇ ｐ ｏ Ｃ ｉ
法则 和大应 变变 形模式 。 根据 相关 工 程 勘察 报 告 ， 察所 揭 露深 度范 围 勘
泛 地 运 用 于 岩 土 工程 施 工 中 。但 是 目前 有关 基 坑 桩 锚 支 护 体 系 的理 论 研 究 往 往 无 法 满 足 现 场 施 工 技 术 的 改 进 ， 很
多 以 诸 多 假 定 为前 提 的计 算 模 型并 不 能 真 实 地反 映基 坑 桩 锚 支 护 结 构 与 土 层 之 间 的关 系 ， 及 桩 锚 支 护 体 系本 身 以 的 受 力 和 变 形 特 征 等 。本 文 以武 汉 市 东 湖春 树 里 基 坑 支 护 工 程 项 目为 例 ， 该 工 程 深 基 坑 桩 锚 支 护 体 系 的结 构 受 对 力 及 变 形 状 况 进 行 了 ＡＮＳ Ｓ有 限元 数 值 模 拟 和 分 析 ， Ｙ 同时 运 用 混合 遗 传 算 法 研 究 分 析 了基 坑 支 护 相 关 的 参数 和 约 束 条 件 ， 对 该 基 坑 桩 锚 支 护 体 系 的结 构 进 行 了 优 化 设 计 。 并 关 键 词 ：深 基 坑 ； 锚 支 护 体 系 ； 力 变 形 ； 限 元 数 值 模 拟 ； 合 遗 传 算 法 桩 受 有 混
力锚杆 与支 护桩 的特点 ， 使基 坑 的支 护结构受 力更
收 稿 日期 ：０ １０ —６ ２ １—４１ 修 回 日期 ：０ １０ —４ ２ １—５２ 作者简介 ： ｆ ￣ （９ ７ ） 男 ， 士 研 究 生 ， １８ － ， 硕 主要 研 究 方 向为 地 下 建 筑 设计 与 施 工研 究 。Ｅ１ａ ：７ ５ ５ ２ ＠ ｑ・ｏｒ 一１ｉ １０ ４ １ ２ ｑ ｃ ｒ ２ｌ ｌ
研 究 人员 认 为 ， 锚 支 护 体系 中锚 杆 的 自由端 桩
受 力 时 ， 过锚 杆传递 给 锚 固段 ， 通 由于锚 固段 与土层 锚 固在 一起 ， 以可 以利 用 锚 固体 之 间 的 摩擦 力 将 所
所 受 的 外力 传 递 到周 围土 层 中［ ， ２ 以达 到 应 力 释放 ］ 的 目的 。桩 锚 以护体 系 的受力机 理见 图 １ 。
ａ ｘ ｍ ｐ ｅ，ｔ ｓｐａ ｅ ｎ ｌ ｚ ｓ ｔ ｔ ｕｃ ｕ ｅ ａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｔ ｅ ｐｉｅａ ｈｏ ｕ ｏｒ ｙ ｔ ｍ ｆｄｅ ｐ ｎｅ ａ ｌ ｈｉ ｐ ｒａ ａ ｙ ｅ ｈｅ ｓ ｒ ｔ ｒ ｎｄ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ｈ ｌ ｎｃ ｒｓ ｐｐ ｔ ｓ ｓ ｅ ｏ ｅ ｆ ｎｄ ｔｏ ｏｕ ａ ｉ ｎ，ｍａ ｓｔ ｋｅ ｈｅＡＮＳＹＳ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｆ ｒｔ ｔ ｅ ｓａ ｅ ｏｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｈｅｓ ｓ ｅ ，ｓ ｕ ｉ ｓｔ ｅ ｐ ｒ ｍ— ｉ ｌ ｔｏ ｏ ｈｅｓ ｒ ｓ ｎｄ ｄ ｆ ｍ ｔｏ ｆｔ ｙ ｔ ｍ ｔ ｄｅ ｈ ａ ａ
土 层 编 号
土 层 名 称 （重 度 ｙ ｋ ／
Ｎ ￣ｍ 护 体 系 的 受力 机理 示 意 图
Ｆｉ ． Ｄｉｇ ａ ｏ ｈ ｏ ｃ ｃ ａ ｉｍ ｆｂ ｌ ｓ ｓ ｅ ｇ １ ａ ｒ ｍ ｆｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｏ ｔ ｙ ｔ ｍ
ｒｔ ｍ ｉｈ
加合理 ， 从而 保证 了基坑施 工 的安全性 。 目前 ， 桩锚
０ 引 言
基坑 工 程 近 十年来 急 剧增 加 ， 而且 基 坑 的深 度 越 来越深 ， 积越来 越大 ， 也使 得基 坑工 程 的稳 定 面 这 性 日显重 要 。桩锚支 护体 系是 近年来在基 坑工 程建 设 中兴起 的一 种新 型 支 护 结构 ， 充 分利 用 了 预应 它
Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ｅ ｆ ｎｄ ｔｏ ｐｉｅ ａ ｃ ｒ； ｕｐ ｒ ｓ ｔ ｍ ； ｔ ｅ ｓ ｎｄ ｄｅ ｏ ｍａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｐ ｏｕ ａ ｉ ｎ； ｌ ｎ ｈｏ ｓ ｐｏ ｔ ｙｓ ｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｆ ｒ ｔｏｎ；ＡＮＳＹＳ；ｇ ｎｅ ｉ ｌ ｏ ｅ ｔｃ ａ ｇ —
第 １期
朱桂 春 等 ： 基 坑 桩锚 支 护 体 系的 受 力 变 形研 究及 优 化 设 计 深
一
期 办 公用 地
１ 深 基 坑 桩 锚 支 护 体 系 的 特点 及 工 作
原 理
１ １ 桩锚 支护体 系的特 点 ．
桩 锚支 护是 一种较 为常见 的护 坡排桩 配合 单锚 或 多锚 的基 坑支 护形 式 或 支 护方 法 ， 为 一 种超 静 它
Ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ Ｄｅ ｐ Ｆｏ ｎｄ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｅ ｕ ａ ｉ ｎ
ＺＨＵ ｉｃ ｕ ， Ｉ Ｘｉｇ ｘｎ ， Ｇｕ—ｈ ｎ Ｌ Ｕ ｎ — ｉ ＨＡＮ ｕｊ ａ Ｗ － ｎ＇ ｕ
（． ｎ ｉ ｅｉｇ ｅ ａｃ ｅｔ ｆＲ ｃ－ ｉ Ｄ ｉ ｉｇ＆ Ｅ ｃｖｔ ｎａｄ Ｐ ｏ ｃ ｏ 。ｈｎ ｎｖ ｓｙｏ １Ｅ ｇｎ ｒ ｓ ｒｈＣ ｎ ｒｏ ｏｋｓ ｌ ｒ ｌ ｅ ｎＲ ｅ ｅ ｏ ｌｎ ｘ ａａｉ ｎ ｒｔ ｔ ｎ Ｃ ｉ Ｕ ｉ ｒｉ ｏ ｅｉ ａ ｅ ｔ ｆ Ｇ ｏｃ ｎｅ， ｈ ｎ４ ０７ ， ｉ ；． ａｕｔ ｆＥ ｇｎｅｉｇ Ｃ ｉ ｎｖｒ ｔ ｆＧ ｏ ｉ ｃｓＷｕａ ３０４Ｃ ｉ ） ｅｓｉ ｃｓ ｅ Ｗｕａ ３０４ Ｃ ｎ ２Ｆ ｃｌ ｈ ａ ｙｏ ｎ ｉｅｒ ， ｎ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｅｓ ｅ ｅ ， ｈ ｎ４０ ７ ， ｎ ｎ ｈ ａ ｉ ｃｎ ｈ ａ
为 ５ Ｉ ５ｍ×５ ０１ ×４ Ｔ ０ｍ。
ａ ｄ ｄ ｆｒ ｔｏ ｆｔ ｅｓ ｓｅ ｎ ｅｏ ｍａｉｎ ｏ ｈ ｙ ｔｍ．Ｔａ ｉｇａｔ ｐ ｃ ｌ ｏ ｎ ａ ｉｎ ｓ ｐ ｏ ｔｐ ｏｅ ｔ ｆ ｕ ｓ ｕ ｉｎ Ｗ ｕ ａ ｔ ｓ ｋｎ ｙ ｉａ ｕ ｄ ｔｏ ｕ ｐ ｒ ｒ ｊｃ ｎ ｈ ｌ ｉ ｈ ｎＣｉｙａ ｆ ｏ Ｃｈ
内表层 为杂 填土 和素填 土 ， 其下 分别为粉 质黏 土 、 卵 砾石 夹 中粗砂 等 ， 土层 的力学参 数见表 １ 各 。
表 １ 各 土 层 的 力 学 参数
Ｔａ ｌ Ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓｏ ｘ ａ ａ ｉ ｎ ｄ ｓｇ ｂｅ ｌ ａ ａ ｔ ｒ ｆｅ ｃ ｖ ｔｏ ｅ ｉ ｎ
朱桂春 ， 刘兴鑫 ， 韩武娟
（． １ 中国地质大学岩 土钻掘与防护教育部 工程研 究 中心 ， 武汉 ４０ ７ ；． ３０４２ 中国地质大学工程 学院 ， 武汉 ４０７ ） ３ ０４
摘 要 ：桩 锚 支 护 体 系是 近 年 来 随 着 基 坑工 程 的发 展 而 发 展 起 来 的一 种 新 型 支 护 结 构 ， 其 工 程 适 用 性 强 而被 广 因
ｅ ｅ ｓａ ｄ ｃ ｎ ｔ ａ ｎ ｓ ｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ｙ ｇ ｎ ｔ ｌ ｏ ｉ ｍ ，ａ ｄ ｏ ｔ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ ｓ ｇ ｆｉｓ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｔ ｒ ｎ ｏ ｓ ｒ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ｂ ｅ ｅ ｉ ａ ｇ ｒ ｈ ｃ ｔ ｎ ｐ ｉ ｚ ｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ｔ ｕ ｔ ｒ ． ｍ ｅ
第 １ 卷 第 １ ９ 期
２ ２年 ０１
安 全 与 环 境 工 程
Ｓａ ｅ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｒ ｎ ｅ ｔ ｌＥｎｇ ｎ ｅ ｉ ｆｔ ｎ ｖｉｏ ｍ ｎ ａ ｉ ｅ ｒｎｇ
Ｖｏ１ １ ＮＯ １ ．９ ．
１月
Ｊ ｎ ａ．
２ １ ０ ２
深基坑桩锚支护体系的受力变形研究及优化设计
２ ２ ２ 模 型 尺 寸 ．．
ｒ为周 围土 体 对 锚 固 段 的平 均摩 阻力 ； 为 水 泥 砂 浆对 内裹 钢 筋 的平 均 捏 裹 力
根 据工程 施工 经验 及相应 的有 限元模 拟计算 结 果 可知 ， 基坑 开挖 对其 宽 度 的影 响范 围大 概是 基 坑 开 挖深 度 的 ３ 倍 ， 度 的影 响 范 围大 概是开挖 深 ～４ 深 度 的 ２ ４倍［ 。本 文所 取 的三维 有 限元 模 型尺 寸 ～ ３ ］
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｎ ｈ ｒ ｐｉ ｕ ｏ ｔｓ ｔ ｍ ｓ ａ ｋｉ Ｗ ｕ ｐｏ ｔｎ ｔ ｕ ｔ ｒ ｈａ ｓ ｒｓ ｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｒ ｃ ｏ ｌ ｓ ｐｐ ｒ ｙｓｅ ｉ ｎｄ ｏｆＮｅ ｓ ｐ ｒ ｉ ｇ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｔ ｔｈａ ｉｅ ｎ ｒ ｃ ｎｔｙ ａ ｓ ｅ ａ ｔ ｉ ｄ ｌ ｅ ｅ ｔ ｔ ｔ ｏ ｄ ｐ ａ ｉｉｙ Ｈ ｏ ｖ ｒ，ｔ ｅｅ ａ ｈｅ ｉｓ ｃ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｔ ｍ— ｎｄ ｉ ｓ ｗｉ ｅ ｙ ｕｓ ｄ ｄｕ Ｏ ｉｓ ｓ ｒ ｎｇ ａ ａ ｔ ｂ ｌｔ ． ｗｅ ｅ ｈｅ ｒ ｌ ｖ ｎｔｔ ｏｒｅ ａ ｎｏ ｅ ｈｅ ｉ ｐｒ ｖ ｍｅ ｔｏｆｏ — ｉｅ ｃ ｎｓ ｒ ｔｏ ｅ ｈｎ ｏｇ ｏ ｅ ｎ ｎ ｓｔ ｏ ｔ ｕｃ ｉ ｎ ｔ ｃ ｏｌ ｙ，ａ ｈｅ ｃ ｌ ｕｌｔｏ ｏ ｅ ｓ ｂａ ｅ ｎ ｈ ｏ ｈｅ ｅ ａ ｎｏ ｅ ｎｄ ｔ ａ ｃ ａ ｉ ｎ ｍ ｄ ｌ ｓ ｄ ｏ ｙｐ ｔ ｓ ｓ ｃ ｎ ｔ ｒ — ｆｅ ｔｔ ｅ ａ ｉ ｎｓ ｐ ｂｅ ｗｅ ｎ ｔ ｉｅ ａ ｈｏ ｕｐ ｒ ｙ ｔ ｍ ｎｄ ｓ ｌ ｎ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｔ ｔ ｅ ｓ ｌ ｃ ｈｅ ｒ ｌｔｏ ｈｉ ｔ ｅ ｈｅ ｐ ｌ ｎｃ ｒ ｓ ｐｏ ｔｓ ｓ ｅ ａ ｏｉ，ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓｏ ｈｅ ｓ ｒ ｓ
中图 分 类 号 ： ＴＵ４３ ２ ７ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １１ ５ （０ ２ ０ —１ ４０ １ ７－５ ６ ２ １ ） １０ ２—５
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｔ ｅ ｓａ ｄ Ｄｅ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｃ ｒ Ｓ ｐ ｒ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅＳ ｒ ｓ ｎ ｆ ｒ ｔｏ ｆＰｉｅＡｎ ｈｏ ｕ ｐｏ ｔ