杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合结构性能响应与变形机制

白晓宇; 刘一鸿; 闫楠; 郝增明; 张立; 米春荣; 张启军; 程海涛

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2506383

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (24) :10538-10547 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2506383

建筑科学

杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合结构性能响应与变形机制

白晓宇 ¹ ,
刘一鸿 ¹ ,
闫楠 ¹^,^* ,
郝增明 ¹ ,
张立 ¹ ,
米春荣 ² ,
张启军 ¹^,³^,⁴ ,
程海涛 ²

作者信息 +

Performance Response and Deformation Mechanism of Support Performance of Miniature Pile-anchor-support Structure for Deep Foundation Pit in Miscellaneous Soil

BAI Xiao-yu ¹ ,
LIU Yi-hong ¹ ,
YAN Nan ¹^,^* ,
HAO Zeng-ming ¹ ,
ZHANG Li ¹ ,
MI Chun-rong ² ,
ZHANG Qi-jun ¹^,³^,⁴ ,
CHENG Hai-tao ²

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摘要

为深入研究杂填土地层双排微型桩-锚-撑组合支护结构作用下,深基坑在开挖支护全周期范围内的受力与变形动态演化规律,以青岛市某深基坑工程为案例,对该基坑的坡顶位移、土体深层水平位移、邻近建筑物的沉降、预应力锚索及钢支撑的轴力进行了实测与分析。结果表明:双排微型桩-锚-撑组合支护体系能够较好的控制基坑变形,各施工节点下土体深层水平位移均小于2.1 mm,靠近车辆动荷载区域的坡顶水平位移较大;开挖支护过程中,预应力锚索轴力的急速陡降与钢支撑的安装有关,基坑开挖支护完成后,锚索预应力损失率介于5.1%~5.6%,钢支撑轴力最大损失率为约4%;钢支撑预应力的施加能够有效地抑制邻近建筑物变形。研究成果可为杂填土地层深基坑支护结构设计和施工提供借鉴与参考。

Abstract

In order to study the dynamic evolution law of stress and deformation of deep excavation pit during the whole excavation and support period under the action of double-row micro-pile-anchor-bracing composite support structure in different fill layers, a deep excavation pit project in Qingdao was taken as an example. The slope top displacement, deep horizontal soil displacement, settlement of adjacent buildings, axial force of prestressed anchor cable and steel support were measured and analysed. The results show that the double-row micro-pile-anchor-bracing composite support system can better control the deformation of the foundation pit. The deep horizontal displacement of the soil under each construction node is less than 2.1 mm, and the horizontal displacement of the slope top near the vehicle dynamic load area is larger. During the excavation and support process, the rapid decrease in axial force of the prestressed anchor cable is related to the installation of the steel support. After the excavation and support of the foundation pit is completed, the prestress loss rate of the anchor cable is between 5.1% and 5.6%, and the maximum loss rate of the axial force of the steel support is about 4%. The application of prestressing of steel column can effectively suppress the deformation of adjacent buildings. The research results can provide a reference for the design and construction of deep foundation pit support structure in different fill layers.

Graphical abstract

关键词

杂填土 / 深基坑 / 微型钢管桩 / 预应力锚索 / 钢支撑 / 预应力损失

Key words

miscellaneous soil / deep foundation pit / miniature steel pipe pile / prestressed anchorage / steel bracing / loss of prestress

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白晓宇, 刘一鸿, 闫楠, 郝增明, 张立, 米春荣, 张启军, 程海涛. 杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合结构性能响应与变形机制[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(24): 10538-10547 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506383

BAI Xiao-yu, LIU Yi-hong, YAN Nan, HAO Zeng-ming, ZHANG Li, MI Chun-rong, ZHANG Qi-jun, CHENG Hai-tao. Performance Response and Deformation Mechanism of Support Performance of Miniature Pile-anchor-support Structure for Deep Foundation Pit in Miscellaneous Soil[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(24): 10538-10547 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506383

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随着城市化进程的加快,城市地下空间开发规模持续扩大,基坑工程的重要性日益凸显。作为建筑工程的关键组成部分,基坑施工质量直接关系到主体结构的安全,并对周边环境与邻近建(构)筑物产生显著影响,已成为业界关注的焦点^[1-4]。复杂的工程条件给支护设计与施工带来了巨大挑战,促使复合支护体系在实际工程中广泛应用,并推动了相关理论研究的发展^[5-7]。

桩锚支护体系和桩-撑支护体系是两种常见的基坑组合支护方案,近年来众多学者对其展开了大量研究。王超等^[8]对山东省大众传媒大厦地下车库工程监测数据进行整理分析,并采用线性拟合控制图法对深基坑桩锚支护体系的稳定性进行评价,结果表明,在该工程使用桩锚支护体系是可靠的。程雪松等^[9]通过桩锚支护基坑连续破坏模型试验,研究了局部超挖或超载对单道锚杆支护结构变形和内力的影响,发现在超载情况下,支护桩的荷载传递系数大于锚杆,说明支护桩所受力要大于锚杆。朱彦鹏等^[10]采用FLAC^3D软件,对基坑典型断面的施工过程进行三维数值模拟分析,结果表明,虽基坑沉降量满足规范,但后续支护结构仍可改进,并提出了改进方案。李宇杰等^[11]对红砂岩地层中使用的桩-撑支护结构进行了变形监测和数值模拟分析,结果表明,各项变形均在安全范围内,说明在红砂岩地层使用桩-撑支护结构安全有效。现有研究多聚焦于单一桩锚或桩-撑支护体系的承载特性及其对周边建筑物沉降的影响。相比之下,融合上述两种形式的桩-锚-撑组合支护结构,尤其是引入微型钢管桩的复合型式,相关研究仍相对匮乏。雷亚伟^[12]、王鹏^[13]对该结构的破坏机理与适用性局限进行了理论探讨。刁志刚等^[14]、邵权等^[15]通过数值模拟分析了其变形特征及影响因素。然而,既有成果多局限于理论与模拟层面,缺乏足量的现场监测数据支撑,尚未形成具有普适性的工程参考依据。

鉴于此,现以青岛市某深基坑工程为依托,采用双排微型钢管桩、预应力锚索和钢支撑的组合支护体系,针对开挖全过程中的基坑土体位移、邻近建筑物沉降、预应力锚索及钢支撑的轴力进行实测与分析。探讨该组合支护体系在杂填土深基坑中的开挖特性,揭示钢支撑施加对周围建筑物沉降及预应力锚索轴力的影响,以期为桩-锚-撑支护体系在同类型岩土层中的推广和使用提供参考。

1 工程概况

1.1 工程背景

某项目内的工程试验场地位于青岛市市南区,拟建设停车场和员工宿舍,其挖掘深度介于3.1~8.0 m。该建设区域形状为长方形,总周长达到96.3 m。本次监测对象的基坑安全等级评定为二级。基坑的平面布局如图1所示。西侧靠近4层市政开发集团的既有办公楼,北侧是2层办公楼,西北角是5层住宅楼,而东侧则是2层住宅楼。

1.2 工程地质条件及水文地质条件

该工程所在地的地形南北高差明显,地面高程介于16.5~17.9 m。地貌上表现为侵蚀形成的沟壑,地表已受到人类活动的改造。地质调查显示出场地内地层结构的复杂性与有序性。第四纪地层厚度介于5.5~13.0 m,主要由回填土层和洪积层组成,包含粉质黏土及粗砂等。基岩主要由燕山晚期花岗岩构成,其中穿插有煌斑岩。Ⅱ单元和Ⅲ单元的支护结构横截面图如图2所示。

图2中,第一层杂填土的内摩擦角为22°,黏聚力为10 kPa。第二层粉质黏土的天然密度为2 g/cm³,内摩擦角为9.6°,黏聚力为19.7 kPa。第三层粗砾砂的天然密度为2.05 g/cm³,内摩擦角为26°,黏聚力为7 kPa。

该区域地下水水平面保持稳定,其深度介于5.1~7.6 m,海拔高度在10.3~11.8 m。地下水流动方向大致为由北至南,主要水源为降水和周边管道的侧向渗流,地下水位随季节波动显著,年变化范围可达1.5~2.5 m。依据周边勘察资料,该区域过去3~5年测得的最高地下水位为12.8 m。

2 微型钢管桩-锚-撑支护体系施工及控制

2.1 微型钢管桩施工

在本次监测中,选择基坑的Ⅱ单元和Ⅲ单元。测试基坑中的支护系统由微型钢管桩、预应力锚索和钢支撑组合而成。微型钢管桩以双排方式设置,前一行桩的水平间隔是600 mm,后一行则是 1 200 mm。在所有测试中,所使用的微型钢管桩均具有146 mm的外径和5 mm的壁厚,长度均为 12 m,所使用的钻孔直径为200 mm。微型钢管桩的施工步骤包括钻孔、清孔、钢管放置、填充材料、注浆固化。微型钢管桩的支护效果如图3所示。

2.2 预应力锚索施工

Ⅱ单元采用2根钢绞线,直径为14.3 mm,水平间距为2.3 m,孔径150 mm,锚固段长度6 m,自由段长度13 m;Ⅲ单元采用3根钢绞线,直径为 14.3 mm,水平间距为1.7 m,孔径150 mm,锚固段长度8 m,自由段长度13 m。在桩-锚-撑支护体系中,预应力锚索成孔时需使用钻机进行预钻孔,钻孔时机为开挖至标高之下0.5 m时,并且钻孔深度需比设计长度深0.4~0.6 m,孔位的误差应在±0.1 m以内。为保证注浆时泥浆与孔壁的黏结作用,还需在打孔完成后放置ϕ25钢管到底,并用清水反复冲洗。在预应力锚索安装时需将保护管穿在预应力锚索自由段,在距离锚固段2 m和自由段3~4 m处放置定位器,以保证拉杆处于中心位置。

再注浆时需首先对锚固体部分进行灌浆,预张拉和超张拉前需等待锚固体的混凝土强度达到设计强度的75%,使用隔二拉一的方法来减少锚索之间因相邻过近产生的影响^[16];在正式施加预应力之前,需要对锚索进行预张拉1或2次,张拉值保持在设计标准的10%~20%。施加预应力时需采用定时分级的方法,当锚索的预应力未产生减弱时即可锁定。锚索的预应力施加完成后需要对其进行二次注浆,压力保持在0.5~1.5 MPa,最高可达2.0 MPa;自然养护的周期需大于7 d,继续开挖时,预应力锚索的强度需大于设计标准的80%。其中Ⅱ单元预应力锚索预应力锁定值为230 kN,Ⅲ单元预应力锚索预应力锁定值为220 kN。预应力锚索安装完成后的效果图如图4所示。

2.3 钢支撑施工

对于Ⅱ单元和Ⅲ单元,分别安装直径609 mm、壁厚16 mm的钢结构支撑。支撑两端装有钢围檩,底部装有传递力的保护板。保护板由C30强度混凝土浇筑而成,厚度为300 mm。保护板上的钢筋以双层双向形式布置,间隔14 mm,分布频率为 150 mm。施加的预应力约为600 kN。钢支撑拆除作业须在基坑回填土密实度达标且保护板强度满足设计要求后方可实施。钢支撑安装完成后的现场实施效果如图5所示。

3 基坑现场实测结果及分析

3.1 基坑监测点布置

监测Ⅱ和Ⅲ单元的基坑,监测点分布图如图6所示。共布设4个监测点以测量坡顶的水平及垂直位移,分别为A1、A2、A3、A4,其中Ⅱ单元有3个点,Ⅲ单元有1个点。此外,安装2个深层水平位移的测斜管B1和B2,每个单元各有一个,这些测斜管通过钻探配合埋设,确保其深度超过支护桩底部2~3 m。此外,还有3个用于监测邻近建筑物沉降的点C1、C2、C3,均位于基坑边缘的Ⅱ单元旁建筑上,以及2个锚索轴力监测点D1、D2,分别位于Ⅱ单元和Ⅲ单元。

3.2 基坑监测结果及分析

从整个施工过程中选择6个关键工况进行基坑监测,关键施工工况如表1所示。

3.2.1 坡顶水平位移、竖向位移

2023年4月2日—6月4日,对Ⅱ和Ⅲ单元的坡顶部进行了为期约两个月的水平与垂直位移监测。针对特定工况下的数据,绘制了坡顶水平位移和竖向位移的曲线图,如图7、图8所示,水平位移向基坑外侧延伸时记录为正值,而竖向位移的沉降情况则记录为负值。

由图7可以看出,Ⅲ单元A4测点处,工况1~工况5时,随着基坑深度的增加,坡顶水平位移向基坑内侧逐渐增大,而位于Ⅱ单元的A1、A2、A3测点整体呈小范围波动,向内侧位移不大。分析原因是A4测点位置的基坑边缘跨度较大,且Ⅲ单元的基坑外为施工工地的主要通行道路,产生的动荷载会对坡顶的水平位移产生影响,且所选择的A4测点位于两个单元的交界位置,施工条件较复杂,故相较于Ⅱ单元,其坡顶向内位移较大;伴随着钢支撑的安装和基坑开挖完成,因为钢支撑的作用和预应力的施加,使得Ⅲ单元的基坑坡顶位移保持稳定;Ⅱ单元的测点位置,基坑开挖全周期范围内坡顶的水平位移呈微小波动;在基坑开挖支护完成后,A2测点处的位移仍在小幅度变化,A1、A3测点处的位移逐渐趋于稳定。综上,基坑边界中部位置的水平位移与基坑两边界交点处的水平位移有差别,约为2 mm。

由图8可知,工况1、工况2两个单元的测点竖向位移都呈现出稳定的波动;工况2~工况5,两单元的竖向位移均呈上升趋势,但Ⅲ单元的A4测点上升幅度显著超过Ⅱ单元的A1、A2、A3测点。这一差异主要归因于主要道路上的车辆动荷载作用。在工况5到工况6期间,4个测点的竖向位移均逐渐稳定,Ⅲ单元测点的波动幅度为2 mm,Ⅱ单元测点的波动幅度为4 mm,两者波动范围相近,表明在支护工程完成后,基坑坡顶的土体已经达到稳定状态。

综上,基坑开挖完全周期范围内,基坑坡顶位移整体呈小幅波动,Ⅱ单元的坡顶位移变化速率及变化范围均小于Ⅲ单元。原因在于:Ⅲ单元位于主要交通道路旁,车辆流量大,使得该区域基坑周边承受的动态荷载显著,这影响了坡顶位移的整体波动。在基坑开挖初期,坡顶的垂直位移保持相对稳定,显示出该基坑支护系统在控制垂直位移方面的有效性。施工过程中,坡顶的最大水平位移和垂直位移均未超出基坑工程的安全标准限制。

3.2.2 深层水平位移

自2023年4月2日起,对Ⅱ单元与Ⅲ单元实施深层水平位移的监测,选取部分工况下的测量数据作变化曲线如图9所示(向基坑内测变形为负值)。

由图9可知,Ⅱ单元、Ⅲ单元的基坑土体深层水平位移在1.0~2.5 m深度范围内均保持稳定波动,但Ⅲ单元的累计位移比Ⅱ单元更大,这是因为Ⅱ单元预应力锚索之间的水平间距比Ⅲ单元小,且Ⅱ单元支护结构采用了2组钢支撑,所以对深层水平位移的控制更好;7.0 m以上深度为杂填土层,在该范围内深层水平位移主要向基坑内侧变形,累计变形最大2.1 mm;到7.0 m以下位置位移逐渐稳定,开始向基坑外侧变形,累计变形最大0.73 mm;通过比较各个工况的位移情况可以看出,土体深层水平位移在安装了预应力锚索和钢支撑后均开始变小,预应力锚索锁定后对土体深层水平位移的控制量相较于工况1,Ⅱ、Ⅲ单元的平均值分别为0.12 mm和0.14 mm,而钢支撑安装后对土体深层水平位移的控制量相较于工况3,Ⅱ、Ⅲ单元的平均值分别为0.21 mm和0.18 mm,说明钢支撑的安装对土体深层水平位移的控制量更好,安装了钢支撑后的位移变化量基本在1.0 mm内。

在Ⅱ、Ⅲ单元的土层结构和施工条件大体一致的情况下,两者的深层水平位移曲线却呈现出差异,这主要归因于预应力锚杆的布置间距、施工步骤、钢支撑的设置量及基坑与周边建筑物的间距等方面的不同。观察发现,自开挖深度达2.0 m起,两单元的土体深层水平位移逐渐显现稳定趋势,位移数值变化微小。尤其是在设置钢支撑和开挖至5 m以下时,位移值出现显著波动,这与实际施工步骤相吻合。至基坑开挖20 d后,各测点的累计变形虽稍有起伏,但波动幅度未超过2.2 mm。采用微型钢管桩后,深层水平位移的最大值向基坑中心区域偏移。增强预应力锚杆的固定强度或加大钢支撑的预应力,能更高效地遏制深层水平位移,从而保障基坑在挖掘过程中的稳定与安全。总体来看,结合使用微型钢管桩、锚杆与钢支撑的复合支护系统,在抑制基坑土体深层水平位移方面表现出了显著的成效。

3.2.3 预应力锚索(钢支撑)轴力

自2023年5月16日起,对Ⅱ、Ⅲ单元预应力锚索施加的轴力实施持续监测。钢支撑安装完成后,对其轴力也进行同步跟踪监测。表2汇总了预应力锚索和钢支撑在开挖过程中轴力的变化情况。此外,选取一些关键施工阶段的预应力锚索轴力数据,并绘制相应的变化曲线,如图10所示。

从表2可以看出,钢支撑在开挖过程中轴力损失较小,约为4%;预应力锚索的轴力在开挖过程中锚索的轴力虽然存在损失,但整体也较小,在 11~13 kN,Ⅱ、Ⅲ单元的预应力损失率分别为5.6%和5.1%,在相较于整体的预应力可以忽略不计;基坑开挖过程中的不同施工进度会造成锚索轴力损失,开挖基坑至4.0 m,对Ⅱ单元与Ⅲ单元分别造成6、4 kN的损失,预应力损失率分别为2.6%和2.3%,整体损失同样较小;至5.2 m,对Ⅱ单元、Ⅲ单元分别造成6、5 kN的损失,损失率为2.9%和2.6%;当开挖完成并且支护结构安装完成后,两个测试单元的预应力锚索轴力开始增加,但整体保持稳定状态。

观察图10可知,在工况2和工况3期间,D2和D1的轴力均产生波动,但幅度不大,在到达工况3时整体轴力呈下降趋势;在工况3和工况4期间,D2轴力表现出升高后陡降的现象,对比D1发现,D2所在的Ⅱ单元与邻近建筑距离更小,导致在基坑开挖过程中土压力更大,所以预应力锚索表现出增大的现象,在安装了钢支撑后,其土压力更多地被钢支撑所承受,所以其预应力锚索所受轴力出现陡降现象,这与郝增明等^[17]的研究相一致。

3.2.4 邻近建筑物沉降

监测单元于2023年3月30日—6月4日期间对邻近建筑物的沉降进行了监测,针对不同施工阶段的沉降量数据绘制了变化曲线,如图11所示。选取的3个监测点C1、C2、C3至基坑边界的平均距离约为4.48 m。

观察图11可知,随着基坑内部土方的开挖和卸载,周边建筑物的沉降量呈上升趋势。通过对比基坑平面图与监测点分布可知,拐角处的沉降量比中部的沉降量高出约12.0 mm。在基坑开挖初期阶段,由于对土层的扰动相对较小,建筑物的沉降增加幅度受限。特别是在开挖深度为2.0~4.0 m时,仅有C2测点表现出继续下沉的现象,表明预应力锚索有助于维护基坑外侧土体的稳定,对建筑物沉降影响有限。尽管如此,当挖掘深度增加至5 m时,3个测点的沉降量急剧增加,曲线表现出明显的下降态势,并且北侧的建筑墙体出现了裂缝。经过现场讨论,将原先设计中的第二层预应力锚索替换为钢支撑,这一改变有效地阻止了建筑物沉降的继续加剧。在后续的基坑开挖过程中,建筑的沉降速度逐步降低,3个测点的沉降值稳定在-20、-6、-8 mm 的较小范围内波动,与深层水平位移的监测数据相符,显示了施工的安全性。因此,结合微型钢管桩、预应力锚索和钢支撑的支护系统在控制建筑物沉降方面比单一的桩锚系统更有效,确保了施工中的变形和沉降符合安全标准。

4 数值模拟

4.1 模型建立

根据深基坑实际情况及开挖工况确定模型尺寸为60 m×60 m,采用ABAQUS有限元软件,构建了微型桩-锚-撑组合结构深基坑支护模型,其中岩土体采用M-C模型,微型钢管桩、锚索视为弹性受力状态。模型边界设置为位移边界条件,表面边缘限制X、Y方向位移,底部限制X、Y和Z三个方向的位移,模型接触面均设置接触属性,摩擦系数μ取值为0.35。同时,设置网格划分单元格类型,桩体和锚索的单元类型分别为CPE4和T2D2。

岩土体力学参数、微型钢管桩、锚索材料参数均按工程实际进行赋值,其中微型钢管桩弹性模量为50.9 GPa,泊松比为0.3,钢管桩芯弹性模量为22.3 GPa,泊松比为0.20。锚索弹性模量为 206 GPa,泊松比为0.2,预应力值为200 kN,采用等效降温法施加预应力,降温和施加锚索的预应力换算关系如式(1)所示。钢支撑通过设置Spring1弹簧施加预应力,经计算弹簧刚度为300 048 N/mm,基坑开挖支护流程设置与实测现场相一致,如表1所示。

(1)ΔT=$\frac{\sigma }{\alpha EA}$

式(1)中:ΔT为温度;σ为预应力值;α为线膨胀系数;E为弹性模量;A为锚索截面面积。

4.2 数值计算结果

图12为基坑开挖支护完成后土体水平、竖向位移云图。可以看出,在开挖卸荷作用下,基坑整体处于稳定状态,土体水平、竖向位移均为毫米级,最大水平和竖向位移分别为2.22 mm和3.95 mm,远小于现行规范的控制标准,微型桩-锚-撑组合结构发挥了良好的支护作用。模拟计算结果显示,基坑开挖支护过程对周围土层的水平和竖向影响范围分别为2.5H和1.3H(H为基坑开挖深度),且基坑变形主要集中于杂填土地层。

由图12(a)可知,桩侧土体水平方向整体向基坑内侧发生位移,钢支撑至基坑底部范围水平位移波动明显,杂填土地层下方基本无明显水平位移,这与现场实测数据相吻合。由图12(b)可知,开挖支护完成后,基坑底部土体出现回弹,呈现明显的隆起状态,同时受基坑内侧位移的影响,基坑外侧一定范围内的地表发生微小沉降,由于模拟未考虑车辆动荷载和周围建筑物的影响,导致模拟沉降值略小于实测值,但均在合理误差范围内。

根据数值计算结果,提取土体深层水平位移与现场实测值进行对比分析,如图13所示。

由图13可知,数值模拟计算的土体深层水平位移变化曲线与Ⅱ单元实测值吻合度较好,Ⅲ单元受邻侧第二层预应力锚索的影响,0.5~3.0 m深度范围内水平位移在零值附近波动,与模拟值存在差异,但均在合理范围内。开挖支护完成后,预应力锚索和钢支撑施加位置有效地限制了土体的水平位移,水平最大位移位于开挖面2.0 m范围内,数值约为2.08 mm,这与现场实测的结果相一致,同时进一步验证了微型桩-锚-撑组合支护结构在稳定性较差的杂填土地层中具有较好适用性。

5 案例对比分析

为了验证微型桩-锚-撑支护体系在深厚杂填土深基坑中的支护效果,选取同类地质条件的桩锚、桩-撑支护体系深基坑工程案例进行对比分析。得出如下结论。

(1)案例一^[18]。大连市中山区老虎滩街道山峦街81号某基坑支护工程,该项目基坑南北向长度约为33.5 m,东西向长度约为35 m,基坑深度为 10 m,该基坑也为杂填土地层,杂填土厚度约为 9 m,基坑支护方式为桩锚支护体系。监测结果显示,预应力锚索轴力损失最大达到35%,而地表沉降量最大为20 mm。在本文基坑开挖过程中,同样出现因开挖较快导致周围建筑物出现开裂的现象,如图14所示,安装钢支撑后才使得周围建筑物沉降得到控制。本案例说明由于杂填土力学性质差,弹性模量小,受外力影响后易发生压缩产生变形等原因,所以采用桩锚支护体系并不能很好地控制预应力轴力损失和地表沉降。

(2)案例二^[19]。兰州地铁世纪大道站深基坑支护工程,位于安宁区银安路与规划世纪大道交口处,基坑开挖深度约15 m,采用的基坑支护方式为钻孔灌注桩加钢管内支撑的支护体系。监测结果显示,桩体深层水平位移均小于控制值30 mm,桩顶水平位移最大为19.9 mm,均满足设计要求,说明桩-撑支护结构在杂填土基坑拥有较好的支护效果,但是桩-撑支护结构在土石方开挖工程中具有一定困难,且工程造价较高,基坑暴露范围较大,很难分段实施控制变形。

综上,杂填土基坑中,桩锚支护体系虽施工方便,造价低,但是其并不能很好地控制预应力锚索轴力损失和地表沉降;桩-撑支护体系能够很好地控制基坑变形,但是其造价较高,且不便于土石方开挖。综合来看,桩-锚-撑支护体系具有施工方便和造价低于桩-撑支护体系的同时,能对基坑变形、周围建筑沉降、预应力锚索轴力和钢支撑轴力的损失进行良好控制,所以建议在深厚杂填土地层基坑中使用桩-锚-撑支护体系。

6 结论

(1)微型桩-锚-撑组合支护体系能够较好的控制基坑变形。开挖支护过程中,基坑土体的坡顶水平、竖向位移及深层水平位移均呈小幅波动,整体稳定效果良好。相较于坡顶水平位移,竖向位移波动幅度较小;各施工节点下土体深层水平位移均小于2.1 mm,靠近车辆动荷载区域的坡顶水平位移较大。

(2)预应力锚索和钢支撑的轴力在基坑开挖支护过程中整体损失较小。锚索的预应力损失率约为5.1~5.6%;钢支撑轴力损失率约为4%;锚索的轴力升高和陡降与周围建筑有关,与周围建筑越近,其轴力变化越明显;钢支撑的安装可以有效地分担预应力锚索所受的轴力,使得整体结构更稳定。

(3)钢支撑的施加能够有效控制邻近建筑物的沉降。基坑开挖前期,预应力锚索对基坑外侧土体稳定性的控制效果良好,邻近建筑沉降量较小;开挖至4.0 m深度,邻近建筑物沉降量增幅明显,钢支撑预应力的施加能够有效地控制其变形;桩-锚-撑组合支护体系在稳定性较差的深厚杂填土地层中支护效果良好。

(4)微型桩-锚-撑深基坑组合支护体系应用于深厚杂填土地层是可靠的,建议同类工程基坑支护体系使用自动化监测技术实时监测基坑支护结构变形与周围建筑沉降等项目,重点关注基坑开挖过程对周围建筑物的影响,必要时可采取适当提高锚索预应力张拉锁定值、进行补偿张拉和布置多道钢支撑等技术措施,确保基坑与周边环境安全。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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基金资助

国家自然科学基金(52478348)

国家自然科学基金(52578415)

山东省自然科学基金面上项目(ZR2025MS792)

山东省泰山学者项目(tsqn20230624)

青岛市自然科学基金原创探索项目(24-4-4-zrjj-180-jch)

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Received	Published	Revised
2025-09-03	2026-08-28	2025-11-27
Online Date
2026-09-04

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