摘要：旋喷锚杆支护结构作为新型基坑支护措施,具有较多的优点,但由于目前旋喷锚杆偏于传统保守设计造成时间和材料的巨大浪费。为解决目前旋喷锚杆支护结构大多采用普通锚杆设计方法的弊端，本文以成都某深基坑具体工程实例，通过ABAQUS数值模拟旋喷锚杆设计参数的优化分析，结果表明最优方案为锚杆长度为13m（第一道），12m（第二道），锚杆预应力为150kN，锚杆倾角为15°。
关键词：基坑工程；旋喷锚杆；设计参数；数值模拟；优化设计
0引言
由于研究人员受到深基坑周围环境各种因素的影响和限制，对深基坑工程勘察存在一定误差的，在基坑工程支护结构设计参数方面难以很好的保证数据的完整和准确性,亟待解决的技术关键问题也越来越多[1]。目前开挖基坑需要较强支护,而目前桩锚支护结构应用广泛, 其中国内外对搅拌桩复合土钉支护的模型试验和理论研究较多[2-3]。旋喷锚杆基坑支护结构作为新型的基坑支护措施具有较多的优点，但目前旋喷锚杆偏于传统保守的设计造成时间和材料的巨大浪费，因此本文以某深基坑具体支护工程作为实例，通过ABAQUS数值模拟分析开挖对基坑的影响，同时进行旋喷锚杆设计参数的优化分析。
1 基坑工程实例
本文以四川省成都市某基坑工程为例，拟建工程主楼地上24层,地下3层。根据本工程勘察结果报告,土层参数见勘察报告表1。
表1 土层物理力学参数
.png)
2设计参数优化
2.1设计参数工况
（1）锚杆长度工况
以基坑北侧为例，第一道锚杆长度由11m增加到17m，相应的第二道锚杆由10m增加至16m，增量为1m，共计7组工况。
（2）预应力工况
在0~300kN范围内，以50kN为增量梯度，共计7组工况，得到结果如图8(b)所示。
（3）锚杆倾角工况
以5°为测量单位,分别取两道锚杆径向的倾角力分别为:0°、5°、10°、15°、20°、25°、30。
2.2优化结果分析
.png)
图1 旋喷锚杆设计参数敏感性分析
由图1(a)中锚杆长度与基坑整体安全系数的关系曲线可以清楚地看出,随着锚杆的增加，基坑稳定安全系数呈现出持续增长的趋势。值得注意的是，随着第一道锚杆的增加，在长度区间为11m至14m时，从曲线上可看出稳定性增幅较大， 具体表现为曲线切线斜率较大，当第一道锚杆长度超过14m后，可以明显看出安全系数增加幅度放缓。以上分析说明，增加锚杆长度却会使得基坑安全性得以提高，但是并不是成正相关的无止境提高，这是由于临街锚固长度的影响，当锚杆长度超过一定临界值，其支护作用增长变得微乎其微。因此，在保证基坑稳定性满足要求的情况下，为节约建设成本，实际工程应尽量选择较短的锚杆长度。本工程建议采用13m第一道锚杆，第二道锚杆12m为宜。
由图1(b)中预应力与基坑整体安全系数的关系曲线可以清楚地看出,增加两道锚杆上的预应力值都可以显著地增强基坑的整体稳定性；与此同时，预应力的改变对第二道基坑锚杆增强基坑稳定性具有比较明显的影响和效果，图上表现为第二道锚杆支护的边坡稳定安全系数随着预应力值的增加，始终凌驾于第一道锚杆之上。究其原因，可以从锚杆打入的部位进行分析。根据锚杆打入位置的不同，支护效果随着预应力改变，基坑稳定性增强的效果亦不同。例如本工程中，第二道锚杆打入于两道桩身之间，而桩身中部为基坑变形和应力最大处，因此第二道锚杆施加预应力支护正是基坑关键控制部位，使得预应力施加的效果得以有效的展现。
分析上图1(c)中所示的锚杆角度与基坑整体安全系数关系曲线，可以明显地看出，基坑稳定性随着锚杆打入角度的增大，呈现出先增大后减小的趋势，其中当锚杆打入角度为15°时，基坑安全系数达到峰值1.49。因此在本工程案例中，建议锚杆打入角度为15°为宜。出现该趋势的原因在于，当锚杆以水平角度开始倾斜时，锚杆提供的抗滑力逐渐增大，承受部门基坑变形带来的下滑力，但当锚杆打入角度过大后，抗滑力分量便逐渐减小，直到极限垂直打入，此时抗滑力仅为锚杆与土之间的粘聚力，微乎其微。因此并不是锚杆打入角度值越大越好，最合适的是针对具体工程进行敏感性分析，本文建议15~20°为宜。
3结论
通过利用ABAQUS数值模拟对基坑进行旋喷锚杆设计参数的优化设计分析,得到了如下主要的结论:
(1)本工程建议采用13m第一道锚杆，第二道锚杆12m为宜；增加两道锚杆上的预应力值均可显著地增强基坑的整体稳定性；基坑稳定性随着锚杆打入角度值越大越好，本文建议15~20°为宜。
(2)通过对旋喷锚杆的优化方案进行分析,最终设计得到的优化设计方案为锚杆的长度分别为13m(第一道),12m(第二道),锚杆预应力为150kN,锚杆倾角为15°。
参考文献（References）：
[1]Cheng,Y.M., Au,S.K,Yeung,A.T. Laboratory and Field Evaluation of Several Types of Soil Nails for Different Geological Conditions[J]. Can. Geotech.J.2016,53,634-645.
[2]Huang,J.H. Finite Element Analysis of Composite Soil-Nail Retaining Structure in Foundation Pit Engineering[J]. Appl. Mech, Mater.2012,204-208,163-167.
[3]Zhang,J., Zhang,Y, Pu,J. Research on Centrifugal Model Test of Soil Nailing Support[J]. Chin.J. Civ. Eng. 2009,42.