一种 软土基坑桩锚支护失效案例及处理新措施

作者：郑晓敏

  在基坑支护形式中桩锚支护结构以其较高的经济性和施工简捷性得到广泛应用，但是，在软土基坑中桩锚支护结构的稳定性是关键，在软土基坑设计时不仅要验算桩锚结构的稳定性还需注意软土地基的稳定性。本文以某采用桩锚支护结构的软土基坑工程为例，该工程在施工过程中出现了数十厘米位移，为了保证工程的顺利进行随即进行了抢修；主要分析了该基坑支护结构失效的原因及处理措施的效果，为软土基坑工程设计提供参考。

1  工程概况

    连云港某基坑采用1排支护桩加l排预应力锚索支护设计，支护桩采用PHC600预应力管桩，桩长12m，嵌固于黏土层中，锚索采用3束7丝钢绞线。锚索锚固角度为350~ 400，锚固长度为8m，锚固段位置为强度较好的黏土层，基坑开挖平均深度约为4. 1m。基坑平面形状及监测点位置如图1所示。基坑所在场地为典型的海相软土场地，地基土物理力学参数如表1所示。

2  基坑变形及处理过程

    基坑先从北部开挖，监测数据显示基坑变形均在预警值之内，但是施工至基坑南部时，发现27~30号监测点变形较大且有加剧发展的趋势，支护桩倾斜严重，倾斜后现场情况如图2所示。

    施工全过程27~30号监测点处桩顶位移监测结果如图3所示，29号监测点位移量最大，28号位移量略小于29号，27及30号相对较小，但仍然超出了预警值。

    该处基坑从5月25日开挖施工，至6月7日开挖完毕，当天上述监测点位移已经接近预警值。6月8日监测数据显示27~30号监测点桩顶位移分别已达71，122，135，52mm，已经超出预警值，随即进行了应急处理，采用砂袋在坑底处进行了堆载，施工至6月16日时，该处桩顶变形减缓，位移值控制在485mm左右，但是施工至6月25日时变形骤然加剧，位移量增大至567mm，经过研究决定在此处加钢管支撑，至6月29日位移量缓和发展至669mm，随后的监测显示，桩顶位移发展稳定，至7月3日后变形维持在696mm，直至8月21日施工结束变形量仍然控制在696mm。

3基坑失稳原因分析

3.1  监测数据分析

    该基坑经过两次抢险处理后虽然使得工程顺利完成，但是其原因值得思考，本文将继续分析该基坑失稳的原因以便为类似工程提供参考。除了上述分析的4个监测点，现场检测数据显示其他监测点位移虽然未达预警值，但是其位移量仍达45mm左右，最大位移值为48mm，说明整个基坑变形均较大。

    为了分析深层土体变形情况，先以变形量最大的29号监测点为例进行分析，监测结果如图4所示，6月10日数据对应基坑第1次变形加剧，从图中可以看出最大位移值约在地表下2m，坑底以下变形量较小，认为基坑可能将沿坑底处滑动。6月19日数据对应砂袋堆载处理后变形稳定时，此时最大位移位于地表处，且坑底处位移也有较大增加。6月29日监测数据对应于第2次变形加剧，地表以下8m处仍有较大位移，变形有向深层次发展的趋势。8月5日为最终稳定时的监测数据，结果显示坑底以下数米仍有较大变形，说明此时的基坑存在深层次滑动的可能。

 通过现场的实测数据总体来看，基坑变形普遍较大，分析认为其根本原因是软土的工程性质所致，采用桩锚支护结构很难有效控制基坑变形，软土中的桩锚结构在土体变形较大时会发生转动，其原因一是软土对锚索的约束较弱，当土体变形过大时锚索容易出现松弛现象，加之桩体变形而出现转动；二是软土中支护桩桩底嵌固不够，如本工程只是嵌固在黏土层中，桩体水平向刚度低，难以抵抗水平向变形。如图5所示，特别是在锚固角度较大时，锚索对支护桩的限制作用减弱使之更易产生转动，这一点也可以从图4中监测数据看出，基坑深层位移分布呈倾斜状。

    另外，施工速度也是导致该基坑失稳的重要原因之一，失稳处基坑近4m深，开挖至坑底时间为15d，桩侧土压力释放过快也将使得变形难以控制。

3.2数值模拟分析

    通过以上分析可知桩锚支护结构在软土中容易发生转动，从而导致基坑变形加剧，特别是锚固角度较大时，这一现象更趋严重。因此，建立数值模型分析这一现象。

    数值模型建立的依据为图1中所示工程实例，模型尺寸40m×40m，如图6所示。基坑开挖深度为4. 1m，土层参数如表1所示，预应力锚索采用FLAC自带的结构单元cable，锚索锚固于黏土层中，管桩采用实体单元，桩长为12m，土体本构为莫尔一库仑模型。

    分析时设置锚固角度为250，300，350，400，450，500共7种工况，锚固角度为锚索与水平向的夹角。图7为锚固角度为35。时的基坑水平位移云图，可以看出最大位移发生在支护桩桩顶附近，其值为45. 195 mm，与实测结果基本一致，说明数值模拟结果可靠。土体位移随着深度的增加逐渐减小，至桩底处变形几乎为0。

    其余工程工况计算所得规律与此类似，各工况基坑最大水平位移对比如图8所示，从图中可以看出，随着锚固角度的增大，基坑最大水平位移随之增大，特别是当锚固角度达450以后，最大水平位移迅速由数厘米增大至数十厘米。

    图9为各种工况下桩身位移分布情况，可以看出，当桩身位移较小时，即图中锚固角度为250及300时，桩身位移呈非线性分布，最大位移位于桩顶以下约2m处。当锚固角度达350以后桩身位移基本呈线性分布，最大位移均位于桩顶，最小位移位于桩底，这种变形发展规律与图4中实测数据一致。当锚固角度达450后，桩顶位移迅速增大，且当锚固角度为550时，桩底甚至出现了负位移。

    为了说明软土中支护桩桩底嵌固作用弱，本文还计算了不同桩长的工况，设置桩长分别为10，11，12，13，14，15及16m共7种工况。锚固角度为35。，其他计算条件与前述一致。计算结果如图10所示。从图中可以看出，随着桩长的增加，基坑最大水平位移先是迅速减小，然后趋于平缓，桩长为16m时仍有26mm的位移量，这也说明在软土中桩锚支护结构的局限性。但是仍然可以通过增加桩长来提高基坑的稳定性，如本文实例中桩长增加很有可能避免失稳。

4  结语

    1)通过实例分析可知，文中基坑失稳根本原因为软土工程性质差，且桩锚支护结构在软土中容易转动加剧了基坑变形，另外施工速度过快也是该基坑失稳的重要原因。

    2)桩锚支护结构中锚索锚固角度越大越容易发生转动，另外软土中桩体嵌固作用较弱，其抵抗水平向作用的能力较低，使之不能有效控制基坑变形。

3)在软土基坑工程中，施工速度必须控制，锚索宜尽量选择较小锚固角度，宜尽量增加桩体嵌固深度以提高其侧向刚度。

5[摘要]某软土基坑采用桩锚支护结构，在基坑开挖完毕后坑体变形突然增至数十厘米，随后经过坑底处砂袋堆载和钢管支撑使得工程顺利完成。通过现场监测数据分析，认为其原因一是施工速度过快，使得变形无法收敛，二是软土中桩锚支护结构容易发生转动，特别是在锚索锚固角度较大和桩体嵌固深度较浅时，因此在软土基坑中采用桩锚支护结构应加强设计，如减小锚固角度、增大桩长等。