桩身内力及土压力试验

　　一、桩锚支柱概述 

　　桩锚支护体系主要指的是在目前的工程项目施工中，护坡桩配合多个或者一个的锚杆形成的一种综合的支护结构模式，这种支护结构具备着施工稳定性能好、安全系数高以及周边影响力小的优势。因此，在目前的工程施工中其施工越来越受到人们的关注。 

　　1、施工优势 

　　在目前的桩锚支护结构体系中，其施工安全和可靠性通常都是从下面几个方面来保证和提供的。首先，在工程施工的过程中由于深基坑的是深度深、面积广的工程结构，因此其施工中必然为桩身提供了良好的长度和深度，使得桩基有效的嵌固在土壤之中，形成了良好的抗震性和整体性。其次，桩身由于在施工中整体强度和刚度较好，使得工程的结构整体得到了有效的保障。再次，锚杆在施工的过程中有效的为工程施工提供了良好的毛拉力，并将这些毛拉力持续、可靠和稳定的传递到桩体结构之上，从而形成了一种综合、系统的工作流程和管理模式，这三个方面的特点与优势使得深基坑锚桩支护体系无论是从哪个方面去分析都具备着安全可靠、经济合理的优势。但是其在施工的过程中，这几个方面无论哪个方面出现质量缺陷和隐患，都极容易导致支护体系出现整体性结构破损，最终造成基坑施工出现安全事故和隐患。因此在目前的基坑工程施工中，无论是支护桩由于在结构体系中存在的地位还是其受力特点以及施工条件，都是备受相关工作人员关注的一部分。同时在施工中好需要从多个方面去综合、全面的进行总结和处理。 

　　2、施工特点 

　　由于基坑支护结构是一项临时性的工程体系和施工模式，且在施工的过程中存在着很大的风险性，这就使得施工的过程中对于施工质量和结构支护的整体性进行全面系统的分析与总结，针对工程施工中存在的各方面质量问题进行全面系统的优化与完善。其次，在目前的基坑支护工作中，由于工程质量得到人们的重视，其施工效益也是人们关注的重点。且在应用的过程中通过对各种现场因素和工程的应力情况综合的分析和处置，从而保证了工程的质量安全。 

　　二、工程实例中桩身内力以及土压力实验 

　　1试验基坑的基本情况 

　　某工程为某学校分校综合实验楼，15层框剪结构，总建筑面积约为35000m2，基坑西侧与实验馆距离仅1.2m，北侧为图书馆，东侧为宿舍楼。在勘探深度内；场地表层为近期人工堆填的素填土，老地面以下为棕褐色冲积粉质黏土和黄褐色粉土及沼泽积形成的粉质黏土层，其下为冲洪积形成的细砂和粗砂层，下部为冲洪积形成的圆砾，底部均为太古代混合花岗岩的强风化层。稳定水位埋深为3.75～4.30re，因基坑施工在枯水期，对基坑稳定性影响不大。基坑平均深度7.0m，西侧支护形式采用了单支点桩锚式（两桩一锚），桩长12m，桩径0.8m。基坑顶部有60kPa附加应力（基坑毗邻3层建筑物，按每层附加应力为20kPa考虑）。基坑开挖过程如下：①基坑开挖2m深，时间为2008一11—21，称其为第1阶段；②在1.7m处加锚杆并施加预应力，时间为2008—11—22，称其为第2阶段；③基坑开挖到设计深度7.0m，时间为2008一11—24，称其为第3阶段。 

　　2桩身内力测试方案 

　　试验选取基坑西侧12，16，20号桩进行钢筋应力测试，本文中分别称其为桩1、桩2、桩3，每根桩临土侧和背土侧钢筋分别布置5个钢筋应力计，布置深度（基坑）分别为2.4，3.7，7，9.2，11.4m，总计30个，在试验过程中发现桩l下侧两个钢筋应力计因未知原因失效，故有效钢筋应力计共28个。 

　　3试验结果分析 

　　3.1桩身钢筋应力随基坑深度的变化 

　　桩身钢筋应力随基坑深度的变化中N侧是指支护桩靠近基坑内一侧，w侧指的是支护桩基坑外一侧。 

　　①基坑施工的不同阶段，钢筋应力发生很大变化；②基坑施工的同一阶段，N侧和w侧钢筋应力呈现出相反的受力状况，即一侧受压，则另一侧受拉；③第1阶段，支护桩处于悬臂状态，在主动土压力作用下，N侧钢筋处于受压状态，整体呈现为“（”形，但由于冠梁的约束作用，桩头钢筋应力表现出与整体相反的状态，应力零点出现在基坑底部附近。第2阶段，由于锚杆弹性支点和主、被动土压力的作用，基坑上部N侧钢筋处于受拉状态，应力数值明显增大，下部N侧钢筋处于受压状态，数值较小，应力零点仍出现在基坑底部附近，钢筋应力整体呈现为反“S”形。 

　　3.2土压力随时问的变化 

　　①第1阶段，土压力呈直线递增状态，呈现静止土压力特性；②第2阶段，在基坑顶部至基坑底部范围内，土压力都直线增长，但值比未加锚前稍小，而基坑底部以下深度范围内，土压力出现折点；③第3阶段，4.7m处土压力由平滑变化为有明显折点出现，在基坑底部范围内，土压力出现峰值。 

　　3.3桩身弯矩分布及其与理论计算值的对比得知：①弹性支点法与极限平衡法由于 

　　计算模型不同，弯矩计算结果差别较大，在基坑底部以上，极限平衡法从数值和曲线形态上更接近实测值，而在基坑底部以下，弹性法从数值和曲线形态上更接近实测值；②在零点位置比较上，极限平衡法比弹性法更接近实测，实测弯矩零点出现在基坑深8m左右，与钢筋应力零点位置一致；③对于单支点桩锚支护结构，规范中的两种计算方法都是偏于安全的。该工程来说，在基坑底部以上，采用极限平衡法设计比弹性支点法更为经济，而在基坑底部以下则相反。 

　　三、结语 

　　桩身土压力及钢筋应力内力主要受基坑开挖和锚杆及其预应力施加的影响，锚杆预应力施加的影响较大。冠梁对桩身弯矩特别是桩头部分的影响不可忽略。基坑开挖完成后，桩身内力变化不大，桩身弯矩及钢筋应力零点出现在基坑底部以下；实测土压力与钢筋应力反算得到的土压力值吻合较好，说明可以用钢筋应力测试法反算土压力；朗肯土压力沿桩的深度均大于实测土压力，按此计算内力偏于安全。弹性支点法与极限平衡法对单支点桩锚支护结构内力计算与实测值相比大都较为保守，偏于安全，在基坑底部以上，采用极限平衡法设计比弹性支点法更为经济，而在基坑底部以下则相反。