深基坑桩锚支护结构变形监测与受力分析

杨志兴

湖北宇升建筑工程有限公司  430000

摘要

随着城市地下空间开发力度持续加大，深基坑工程朝着大深度、大跨度、周边环境复杂的方向发展。桩锚支护结构凭借刚度大、支护效果稳定、适应性强、占用施工空间小的优势，成为深基坑工程主流支护形式。深基坑施工过程中，土体位移、地下水变化、施工荷载扰动等因素极易引发支护结构变形、内力失衡问题，严重时会造成基坑坍塌、周边地层沉降等安全事故。为保障深基坑施工安全与结构稳定性，精准掌握桩锚支护结构的受力特性与变形规律至关重要。本文基于深基坑工程施工机理，系统阐述桩锚支护结构的工作机理，明确结构变形与内力产生的核心诱因，梳理科学化的变形监测技术体系，全面分析支护桩、锚杆的受力分布特征与变形发展规律，总结施工全过程的管控要点。研究结果可为深基坑桩锚支护结构的安全管控、参数优化及风险防控提供理论支撑，有效规避基坑施工安全隐患，提升深基坑工程施工的安全性与规范性。

关键词

深基坑；桩锚支护；变形监测；受力分析；结构稳定性

一、引言

城市化建设进程的加快，促使城市高层建筑、地下综合管廊、地铁车站等地下工程大规模建设，深基坑工程数量、开挖深度均大幅提升。城市核心区域基坑工程普遍存在周边建构筑物密集、地下管线繁杂、土体应力环境复杂等特点，对基坑支护结构的稳定性、变形控制精度提出了极高要求。桩锚支护结构由支护桩与预应力锚杆组合而成，可通过锚杆预应力抵消土体侧压力，约束支护结构变形，兼顾安全性与经济性，广泛应用于各类复杂深基坑工程中。在基坑开挖、降水、土方施工全过程中，原始土体应力场持续重塑，支护结构会产生持续性变形与内力波动，若变形超出规范限值、内力分布失衡，将直接威胁基坑本体及周边环境安全。现阶段部分工程存在监测体系不完善、受力机理分析不深入、变形预判不足等问题，难以实现全过程风险管控。因此，开展深基坑桩锚支护结构变形监测与受力分析研究，厘清结构变形规律与受力特征，对实现基坑工程精细化安全管控、防范重大施工风险具有重要工程价值与现实意义。

二、桩锚支护结构工作机理与风险诱因

桩锚支护结构属于复合型主动支护体系，核心由竖向支护桩、横向预应力锚杆、冠梁、腰梁等构件组成，各构件协同作用抵御基坑侧壁土体侧压力与地下水压力。支护桩作为主要竖向受力构件，可有效抵抗土体水平位移，阻断基坑内外土体滑移；锚杆通过锚固段嵌入稳定土层，依托预应力张拉抵消土体侧向荷载，结合腰梁、冠梁形成整体受力体系，限制支护桩弯曲变形与倾覆位移，实现基坑侧壁的稳定支护。该结构的核心工作原理为通过预应力主动调控结构受力状态，改变传统被动支护的受力模式，大幅提升基坑支护的抗变形能力。深基坑施工过程中，引发桩锚支护结构变形与内力异常的诱因主要分为三类。一是土体应力重构，基坑土方开挖逐步卸除侧向土体约束，原始土体应力平衡被打破，产生侧向土压力作用于支护结构，引发结构形变与内力增长。二是地下水作用，地下水渗流会降低土体强度、增大土体侧压力，同时渗透压力会直接作用于支护结构，加剧结构变形，易引发锚杆锚固力衰减问题。三是施工扰动，土方开挖速率不均、超挖欠挖、预应力张拉参数偏差、施工荷载堆积等不规范施工行为，都会导致结构受力失衡，诱发局部变形超标。

三、桩锚支护结构变形监测体系与技术要点

变形监测是掌握桩锚支护结构工作状态、预判施工风险的核心手段，需构建全过程、多维度的监测体系，重点监测支护桩顶位移、桩身深层水平位移、锚杆张拉应力、基坑周边土体沉降等关键指标，保障监测数据精准、连续、有效。桩顶位移监测主要把控支护结构整体水平偏移与竖向沉降状态，监测点位均匀布置于支护桩冠梁顶部，采用高精度全站仪定期观测，实时捕捉结构整体变形趋势，及时发现结构倾覆、滑移风险。桩身深层水平位移是核心监测指标，通过预埋测斜管采用测斜仪监测不同深度桩体的水平变形数据，精准定位桩身最大变形位置与变形量，反映土体开挖对支护结构深层的扰动影响。锚杆应力监测依托智能应力传感器，布置于典型锚杆杆件上，实时采集锚杆预应力变化数据，掌握锚杆内力衰减、应力波动规律，判断锚杆支护效能是否满足设计要求。同时配套开展基坑周边土体沉降、地下水位监测，辅助分析结构变形与土体、地下水的关联规律。监测工作需遵循标准化流程，施工前完成监测点位布设与设备校准，基坑开挖阶段提高监测频率，结构变形稳定后适当降低频率，全程记录监测数据，形成动态监测台账，一旦数据超出预警阈值，立即启动风险处置流程。

四、桩锚支护结构受力与变形特征分析

通过对监测数据与理论模型的综合分析，可明确桩锚支护结构在基坑施工全过程的受力与变形规律。受力特征方面，支护桩内力分布呈现非线性变化特征，基坑开挖初期，浅层土体卸荷导致桩身上部土压力激增，桩体上部弯矩、剪力数值较大；随着开挖深度增加，土体侧压力逐步向下传递，桩身最大内力位置随开挖深度同步下移，整体呈现中间大、两端小的弯矩分布形态。锚杆受力状态与施工阶段密切相关，张拉完成初期锚杆应力处于峰值，随着土体应力逐步平衡，锚杆应力小幅衰减后趋于稳定；多层锚杆支护体系中，下层锚杆受力增量显著大于上层锚杆，是后期抵抗土体侧压力的主要受力构件。变形特征方面，支护桩水平变形整体呈现中间凸出的抛物线分布，桩顶受冠梁约束变形较小，桩身中下部为最大变形区域。基坑开挖前期变形速率较快，土体应力释放是变形主导因素；开挖完成后，土体逐步固结，结构变形速率持续放缓并最终趋于稳定。此外，地下水渗流、超挖施工会显著增大结构变形量，造成锚杆应力异常波动，是引发结构失稳的关键诱因。

五、结论

桩锚支护结构凭借优良的受力性能与适配性，是深基坑工程的核心支护形式，其受力稳定性与变形可控性直接决定基坑工程施工安全。本文通过分析桩锚支护结构的工作机理，明确了土体应力重构、地下水渗流、施工扰动是结构变形与内力异常的主要诱因，构建了涵盖桩体变形、锚杆应力、土体沉降的全方位监测体系，并系统总结了结构施工全过程的受力分布规律与变形发展特征。后续施工中，可结合实时监测数据优化桩锚支护设计参数与施工工艺，实现深基坑桩锚支护结构的动态化、精细化管控，持续提升复杂工况下深基坑工程的施工安全性与稳定性，为城市地下工程建设提供可靠的技术保障。

参考文献

[1] 韦钦闯,孙超,郭浩天,等. 长春市某越冬深基坑桩锚支护结构受力变形监测与数值模拟对比分析[J]. 吉林建筑大学学报,2024,41(1):67-71. DOI:10.3969/j.issn.1009-0185.2024.01.012.

[2] 许佳林. 预应力混凝土桥梁深基坑桩锚支护结构的受力性能与变形监测[J]. 交通世界,2024(16):126-128. DOI:10.3969/j.issn.1006-8872(s).2024.16.040.

[3] 高鹏飞,章昌保,杨永新. 包头某越冬基坑桩锚支护结构受力变形监测分析[J]. 内蒙古科技大学学报,2014,33(4):394-396. DOI:10.3969/j.issn.2095-2295.2014.04.020.

...