刘海涛
中新创达咨询有限公司
摘要：在当前城市化快速发展的情况下，建筑数量日益增多，老城区改造工作也在如火如荼的进行中，再加之建筑技术的快速发展，使得建筑工程的地下利用率得到了显著的提升，这也就使得建筑施工现场的环境逐渐复杂。为了保证工程建设的安全性及其质量，在基坑工程中预应力悬臂支护结构得到了广泛的应用，但其却存在着形变程度较大的问题。基于此。本文围绕着预应力悬臂支护结构在基坑工程中的应用及维持其稳定性展开了相应的研究。
关键词：基坑工程；预应力悬臂支护结构；应用；稳定维持
1、预应力悬臂支护桩体与土体之间的相互作用分析
预应力悬臂支护桩的具体受力过程中可以分为如下的两个方面：第一，在挖掘之前，预应力悬臂支护桩混凝土浇筑完成之后，预应力的张拉完成。在这种情况下，作用在预应力悬臂支护桩上的土体压力是静止的，但是，在施加预应力之后桩体本身的结构应力也是完全改变了，这时候的预应力悬臂支护桩的挖掘一侧受到拉力作用，另一侧受到压力，会出现相应的外侧弯曲形变趋势。这也就是说，预应力悬臂支护桩出现了背离基坑的挖掘一侧向着基坑外土体一侧压紧土体的趋势，从而出现朝向外侧的水平变形。十分有利于预应力悬臂支护桩的顶层土体位移控制。第二，在预应力张拉之后，基坑内部的土体逐渐得到挖掘，预应力悬臂支护桩外侧的土体开始对其施加挤压力，这时候的预应力悬臂支护桩应力分布得到了极大的改善，从之前的外侧受拉力转变为内侧受拉力。在受力情况改变的基础上，桩体的顶部出现了内侧的水平位移水平。但是，预应力筋的具体作用是对桩体的水平位移及形变做出限制。从受力情况看来，这一阶段的受力情况是最为不利的。但站在桩体内部结构的内力情况看来，施加预应力诞生的桩身弯矩和由于土体压力诞生的转身弯矩方向是完全相反的，这也就意味着桩身的最大弯矩得以减小，并且桩身的刚度也得到了极大的提升，也就是说支护桩自身的整体性得到了极大的改善，十分适用于基坑深度不大的基坑工程建设之中。
2、基坑工程预应力悬臂支护结构应用的分析
在基坑工程中，使用预应力悬臂支护结构需要按照工程建设的具体规模及施工环境的条件做出合理的选择及排布。同时，在具体的工程建设过程中，需要对预留工作的作用价值做出合理的考虑。根据相关研究的结果显示，在支护挡土结构之前预留出一个土台，可以从一定程度上限制支护挡土结构的水平位移程度，并且在提升基坑挖掘一侧一定深度土体的水平方向基床系数上也有着显著的作用，换言之，挡土结构的嵌固深度得到了显著提升。除此之外，可以在反压土高度范围设置一个弹簧主要是用于反映限制挡土结构水平位移的具体作用，同时便于修正被动区坑底之下的土体刚度。
预应力悬臂支护结构可以将之视为受弯构件，其所受的弯矩方向是固定的，可在经过计算之后，将受力钢筋配置在受到拉力影响的这一侧即可，当然受到压力影响的这一侧需要配置数量合理的构造钢筋。同时，拉力钢筋也可以使用预应力钢绞线进行代替。当挡土结构处于相同的荷载作用数值的情况下，设置预应力钢绞线的数量要远远少于受力钢筋的设置数量，不但在效果上几乎一致，并且预应力的适当添加也可以在一定程度上减小桩顶的位移数量。从预应力筋作用的最大化发挥出发，可以在配筋的角度范围之内使用预应力钢筋的不均匀分布的方式。除此之外，配置预应力筋的一侧所需要的预应力绞线面积和配筋角度之间是一个正比例关系，经过实验及实践之后发现，在配筋角度维持在90度附近的时候，预应力筋的设置具备较高的可行性及施工便利性。与此同时，还需要注意的一点就是，在预应力悬臂支护结构需要承受较大弯矩的情况下，优先的解决方案就是桩体截面和预应力筋数量的增加。
3、维持预应力悬臂支护结构稳定性的几种方式
3.1锚杆加固方式
当基坑工程施工的水平施工空间有限或者是在地表浅层埋设有管线的情况下，在控制形变的过程中，可以使用锚杆加固的方式。土层锚杆实质上是埋设在土层深处的受件拉杆，其两端分别和预应力悬臂支护结构及土层相连。在一般情况下，通过将预应力施加其上，让其来承受由地下的土体及水体压力带来的拉力。最终实现维持预应力悬臂支护结构稳定性的目标。
当然，这一方式的使用是有地层要求的，锚固段需要位于粘性土质、粉土、砂土之中。但是，在淤泥性质土层及填土层的时候，需要在全面考虑土体蠕动为锚固预应力带来的损失及影响，并以蠕变实验的最终结果为基础精准确定锚杆的抗拔承载力极限数值。如若锚杆经过的地层上方有着天然性质地基的建筑工程或者是地下构筑物，锚杆的架设需要避开那些容易形变及塌孔问题的地层，如果在锚杆经过的地层中存在着地下管线，就需要在全面调查位置分布、走向等信息的基础上开展锚杆施工。
3.2基坑内部的加固方式
经过大量的建筑工程建设实践来看，加固被动区的土体，可以十分有效的改善土体的物理及力学指标。不但在支护结构的侧向形变及结构外部的地面沉降幅度减小上有着显著的作用，而且也可以在一定程度上强化基坑底部抵抗隆起形变的能力，有助于预防被动区土体的破坏。这一方式被经常性用于软土地区内部的预应力悬臂支护结构稳定维护及基坑形变中。但是，需要注意的一点是，加固基坑内部土体的这一方式，土体的实际加固深度及程度是有一个临界值的，一旦超过了这个临界值，不但效果无法得到显著的增加，而且还带来了工程浪费及造价提升的问题，当前常用的基坑支护设计软件就可以很好的计算出基坑内部土体加固之后的各项力学参数，能做到精准化确认土体加固的深度及程度的临界值。
3.3双排桩的支护
这一方式是最近几年才兴起的一种全新基坑支护方式，并且在有效抑制预应力悬臂支护结构形变上也具备着极为显著的效果。简单来说，这一方式可以理解为将之前密集分布的单排支护桩内部的一部分桩体向后移动一定的距离，并在前排的桩体顶部上使用冠梁连接后排的桩体，借此在全面发挥桩体空间组合刚度及空间效应的前提下，实现维持基坑工程及预应力悬臂支护结构稳定性的目标。其中最为常用的桩体排布形式就是并列及丁字性形式。这一支护形式，主动土压力是由前后两排桩体所共同承担的，前排的桩体主要负责分担土体压力的工作，而后排的桩体则是负责支挡和拉锚。预应力悬臂双排式支护结构属于超定静结构的一种，可以根据外界荷载作用改变来自动化调节自身结构的内力，在适应复杂且预计难度较高的荷载条件中使用。并且这一结构可以在全面利用桩体、土体作用的土拱效应的基础上，通过将土体的侧压力分布做出改善，可以进一步强化预应力悬臂支护结构的支护作用
4、总结
当前，我国的建筑行业正处于一种快速发展的状态下，并且建筑施工技术的发展强化，使得建筑工程地下空间的开发利用率也是逐渐的升高，为此，基坑工程的质量安全就成为了建筑安全的重要因素。为此，预应力悬臂支护结构得以在基坑工程中得以应用，但其却存在着发生形变的可能性，为此，需要通过锚杆加固、基坑内部土体加固方式维持其稳定性。
参考文献
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