基坑变形异常原因分析及锚索设计优化及其应用

基坑变形异常原因分析及锚索设计优化及其应用

赵晓琦,赵龙,麻应龙

西安卓创中恒工程设计有限公司 陕西西安710065

摘要:在建筑工程施工工作开展的过程中，很多时候由于支护结构的稳定性无法得到充分保障，一旦支护结构变形，导致地表塌陷，不仅会对于建筑工程本身造成不利影响，同时也可能会导致周边建筑物遭到破坏、地下管线受损、周边环境受到不良影响。本文主要对于基坑变形异常的原因予以分析，并结合锚索设计，探讨应对基坑变形问题的有效策略。

关键词:基坑变形；异常原因；锚索设计；优化应用

一、引言

伴随建筑工程领域综合发展水平的不断进步，建筑工程质量标准不断提高。部分建筑工程在前期施工中由于受到基坑变形异常问题带来的负面影响，不得不降低施工效率，甚至调整施工计划。某地区一建筑工程所处位置为低洼区，为确保建筑工程施工工作能够有序推进，施工单位先对于低洼区域进行了回填处理，但由于这一部分的施工锚索按照基坑周边地质进行钻孔设计，锚固段的土层不具备良好的力学性能，结构设计的安全性无法得到充分保障。本文以该工程为例，对于常见的基坑变形异常原因予以分析，并结合锚索设计，提出行之有效的应用策略。

二、基坑变形异常原因分析

（一）项目工程情况分析

本项目为低洼区，施工单位先对于低洼区域进行了回填处理，回填土土质相对松散，导致土体的稳定性较差，采用明挖法，在深挖两米左右发现大量的地下管道，包括排水管、雨水管、给水管、电缆等。

（二）基坑变形异常原因分析

结合以往的施工经验，基坑的开挖深度、基坑的土质情况、锚撑刚度、预应力施工水平、桩墙厚度都会对于基坑变形情况产生影响。设计人员想要计算出变形值难度较大，但是通过计算和预估变形量，能够在一定范围内控制变形量。结合案例工程情况，发现导致基坑异常变形的原因主要包括以下几个方面。

其一，土体稳定性较差，且地面下方的管道分布情况较为复杂，回填土未夯实，存在漏水点，渗透导致孔隙水压力增加，土体结构强度降低。

其二，基坑边缘的排水不畅，周边土层存在不均匀沉降现象，且受到渗水问题的影响。

其三，工程开挖未严格按照要求进行，存在小范围的超挖情况，影响了基坑的稳定性。

其四，案例工程地处我国北方，冬季气候十分寒冷，最低气温低于零下30℃，基坑土体在温度的影响下可能会出现一定范围内的变形。

三、锚索设计优化及其应用

（一）锚索的承载力分析

锚索产生的拔抗力能够将基坑维护结构背后的压力输送到土体深层。首先，在正式开展基坑开挖工作后，基坑背后的土体会产生一部分应力，围护结构受到应力带来的作用会产生向坑内的作用力，严重则导致变形。其次，锚索在受到基坑维护结构拉拔作用后会出现沿杆体变形的现象，甚至显现出拔出的趋势。最后，锚索周边区域的土体在锚索的拉拽作用下，会产生对外的应力，应力与土体抗剪承载力之间相互作用，能够达到相对平衡。

深入分析锚索承载力的作用原理，可以看出，锚索的承载力会受到土体强度、锚索强度以及土体与锚索之间粘结力等多重因素的影响。而锚索的受力特征参数又包括锚索长度、锚索直径以及预应力等。

（二）锚索设计优化

其一，锚索直径优化。通过采用直径大小不同的锚索进行分别计算，以对比的方式得出能够满足基坑稳定性的锚索的最小长度，由此可以判断，在默认锚索长度不变的情况下，锚索直径越大，产生的抗拔力越大。但这并不意味着选择的锚索直径越大越有利，在锚索直径增加的情况下，锚索长度的减小速率也会随之减小，直到锚索的直径达到了250mm，此时锚索直径的增加不会对于锚索的长度产生如之前一般明显的减小作用。因此，技术人员应尽可能的在场地范围内使基坑和已有的建筑结构之间保持安全距离，并合理的控制锚索长度范围，在运用计算的方式确定稳定基坑所需的直径。如果锚索的直径超出了特定范围，在进行钻孔处理时，发生塌孔情况的可能性会明显增加，此时如果技术人员运用根管施工的方式，施工的复杂度会有所增加，施工的效率则会明显降低。当锚索的长度超出了相应的范围后，在施工工作开展的过程中，技术人员很难确保钻孔的平直度，因此可能会导致抗拔力部分损失。

其二，预应力优化。技术人员在正式开展下层基坑开挖工作之前，应当提前对于锚索予以张拉处理，以预应力作为开展基坑开挖工作后平衡维护结构背后土体压力的作用力，降低土体对外释放的应力，确保地层之间相互作用力的平衡性，降低基层开挖对周边土体造成的不良影响，从而限制变形问题发生的可能性。采用支撑预加轴力的方式能够在一定程度上控制基坑开挖工作开展之后支护结构出现的水平位移幅度，但是如果预加轴力超出了一定范围，可能会导致支挡结构受到反强作用力的影响，此时需要适当增加锚索的长度，并且锚索施工过程中的安全性和可靠性会有所降低；在预加轴力过小的情况下，地层可能出现严重变形，也会导致地表沉降，最终影响建筑结构的安全性和可靠性，甚至会对区域范围内现有的管线造成严重破坏。技术人员在优化锚索设计的过程中，应当在合理的范围内选取锚索的预加应力，结合基坑的深度、周边环境的风险情况、岩层土体的软硬程度等确定基坑变形的控制值，再以此为参考依据确定预加力，最后再计算出能够满足抗拔承载力需求的锚索的长度，最后再进入复核环节，保障基坑的稳定性。

其三，锚索长度优化。通常情况下，锚索的长度可以大致被分为自由段和锚固段两部分，其中，锚固段是提供抗拔力的核心区域，自由段在愈加力的作用下，出现变形情况。在进行理论计算的过程中，技术人员无需考虑自由段产生的抗拔承载力作用，可以将自由段视为过渡段进行抗拔分析，以简化对于锚固段的分析。另外设计人员还需要再开展大规模施工工作之前，对于锚索进行抗拔试验，使之能够充分满足相应的规范标准要求，并在需要时对于锚索的长度进行合理范围内的调整。

其四，预应力保持的优化。首先，需要进行注浆优化，初次注浆以满足填充和压实的需求，二次注浆主要为劈裂注浆，目的是增加注浆压力，控制注浆量。其次，需要对于锚索进行防锈蚀优化，在进行锚索表面的除污、除锈之后，在其表层均匀涂抹防腐蚀剂，并包裹保护套、套入保护管，缠绕宽胶带，达到良好的保护效果。最后，可以运用锚索与内支撑相结合的支护方式降低复杂情况对支护施工产生的干扰。

（三）锚索设计优化工程实例分析

在本项目施工过程中，技术人员在工程现场监测到地面沉降的变化规律，随天气转冷，基坑周边土体发生冻涨，地面出现轻微隆起，达到一定程度后，隆起幅度不再增大，在土体逐渐固结后，基坑也随之沉降。结合案例工程情况，技术人员可以运用直径较大的锚索，减少锚索长度，合理控制预加力比例系数，避免地面出现过度沉降情况。还可采用注浆法、防锈蚀保护法等有效策略，使预应力保持在平衡状态，避免基坑出现变形情况。

五、总结

综上所述，基坑变形异常情况的出现，不仅会影响建筑工程的施工效率，造成不必要的经济损失，而且会导致建筑工程的施工质量受到影响。优化锚索设计有助于降低基坑变形问题发生的可能性，提高建筑工程施工效率，降低造价成本支出，避免对周边建筑物造成不良影响。在未来的发展过程中，建议技术人员可以结合基坑结构施工情况，统筹兼顾周边环境、自然条件等因素带来的影响，为锚索支护的应用创造适宜条件，探索锚索参数优化路径，从而有效提升支护结构的承载力，强化基坑结构的稳定，为施工工作的有序开展保驾护航。

参考文献

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[2]白福波.侧向预压增量法解析土压力[J].工程力学,2015,0(S1):20-26.