由于深基坑支护工程为临时性工程，伴随着基坑支护结构越来越复杂、支护费用越来越高、支护对环境的影响越来越严重，基坑支护工程也带来了巨大的资源浪费和环境破坏。为此，减少基坑支护工程费用的占比、提高基坑支护的绿色、节约化水平，提倡节约型新型无支撑或少支撑基坑支护技术意义重大。

　　 近些年国内进行了软土中无支撑支护技术的尝试 ^[1]，郑刚等提出新型的倾斜桩支护方法，无需水平支撑，用适当角度的倾斜单排桩代替竖直单排桩作为基坑支护结构，从而能够在相同条件下减小排桩的变形与内力 ^[1,2,3,4]。

　　 基坑工程中因地层的差异性及周边环境的复杂性，导致很多支护结构的工作机理存在不确定因素 ^[5,6]。为研究“前斜后直”倾斜桩在基坑开挖过程中的变形特性及内力状态，本文以工程实例为基础，通过设置斜测仪、钢筋应力计及应变计，采用自动实时监测系统监测支护桩结构内力、位移等参数，并采用有限元方法进行数值分析，对比不同监测方法以及计算值与监测值间的差异，研究“前斜后直”双排桩支护结构的变形及受力特征，探讨倾斜桩支护的设计方法，以期为倾斜桩基坑支护设计与施工提供一定的参考。

　　 武汉市某地块B8楼基坑工程，基底开挖深度8.55m，临边电梯井基底开挖深度9.55m。涉及支护区的地层主要为(1)素填土(Q^ml),(2)₂第四系全新统冲积的黏土(Q₄^al),(3)较厚的第四系全新统冲湖积的淤泥质黏土(Q₄^al+l),(4)₂第四系全新统冲积砂层(Q₄^al)，相关参数如表1所示。

　　 根据现场实际情况，基坑总体采用三面放坡及坡体加固，另一面采用前排倾斜桩+后排直桩的支护形式，本文主要针对“前斜后直”倾斜桩进行分析研究，支护剖面如图1所示。前排倾斜桩倾斜15°，直径1m，间距1.5m，桩长30m;后排直桩直径1m，间距1.5m，桩长30m。倾斜桩和直桩中心间距3m，桩顶均设置1.2m×0.9m的冠梁，并通过0.9m×0.9m的连梁连接。

　　 依据监测目标及要求，确定本次监测项目有:支护桩内力、连梁内力、深层水平位移。本次监测针对特定断面选择两幅共计4根支护桩。监测前后桩水平位移、内力与连梁内力。所有监测数据整合到同一个自动化数据采集系统内，实时监控基坑施工过程中支护桩内力和支护结构变形，为信息化施工提供数据支撑。

　　 支护桩内力监测采用钢筋计与应变计对比分析监测。采用钢筋计监测换算步骤较多，易产生较大的误差，而应变计施工干扰较大。为了能够对比分析，得出更加精确的支护桩内力，采用两者结合监测，对比分析。在ZX-15幅支护桩中采用钢筋计监测支护桩内力及位移，在ZX-12支护桩中采用应变计监测支护桩内力及位移，对比分析两种方法得到的监测结果，连梁内力采用钢筋计监测。

　　 远离基坑侧的直桩在(2)₂,(3)₁,(4)₂土层各布设2个监测断面，土层(5)布设1个监测断面，共计7个断面，4根桩共计28个断面。靠近基坑侧的斜桩按4m断面间距布设7个监测断面，4根桩共计28个断面。监测断面设置埋深如表2所示，监测点平面如图2所示。

　　 连梁内力监测均采用钢筋计，每根连梁布设8个内力监测点，埋设在同一断面上，两幅共2根连梁，共计16个监测点。监测断面监测点布设如图3所示。

　　 测斜仪按1m间距埋入支护桩内，每根桩共埋入30个测斜仪，两幅共4根桩，总计埋入120个测点，如图4所示。

　　 支护桩及连梁内力通过钢筋计进行监测。安装埋设时，将钢筋按要求的尺寸裁截，然后将钢筋计对接或对焊在钢筋上，并保证钢筋计与钢筋在同一轴线上，如图5所示。钢筋计直接布置在钢筋笼的主筋上。安装时应注意尽可能使钢筋计处于不受力状态，特别不应处于受弯状态，将钢筋计的导线逐段捆在临近钢筋上，引到外露的测试匣中，灌混凝土后，检查钢筋计的电阻值和绝缘情况，做好引出线和测试匣的保护措施。

　　 应变计采用一对不锈钢管卡固定于2根主筋之间。安装埋设时，保证应变计轴向与支护桩轴向平行。将应变计的导线逐段捆在临近钢筋上，引到外露的测试匣中，灌混凝土后，检查应变计的电阻值和绝缘情况，做好引出线和测试匣的保护措施，如图6所示。

　　 深层水平位移通过测斜仪进行监测。本试验使用的测斜仪为中岩科技RSM-CXY(M)微型测斜仪，埋设模式为一次性埋入测量单元，通过x,y,z三轴±180°同时测量，将无线数据传输至数据采集系统，位移变化数值自动累加计算。

　　 所有埋入桩内仪器设备的导线均就近捆绑于钢筋上，向上牵引，并在距离桩顶3m左右处沿一个方向引出桩外，并在桩身的一个侧面引出。导线引出桩外后，为防止施工过程中，特别是破桩时将导线损坏，所有导线集中于1根不锈钢导管中，通过导管引出地面。

　　 所采用的钢筋计、应变计属于振弦类传感器，故采用振弦式多通道采集仪(RSM-FAS1032)进行数据采集上传。微型测斜仪采用RSM-DAS(M)数码控制器及配套设置器进行数据采集上传。

　　 通过武汉中岩测控研发的基坑自动化监测系统，可在监测云平台远程查看监测数据，并对数据进行分析，设置自动预报警阈值及报警短信，在线编辑监测报告，实现基坑24h实时监测，确保基坑工程安全。

　　 5月19日开挖至基坑并完成基础结构施工，6月15日地下室局部回填。监测系统获取的2组前排倾斜桩及后排直桩的桩身位移如图7所示。

　　 1)支护桩桩身最大位移总体发生在桩顶向下的位置，其中随时间推移或开挖深度增加，桩身最大位移下移趋势明显，且倾斜桩相比直桩表现出桩身最大位移下移更明显，说明倾斜桩表现出一定斜撑效应 ^[4]。

　　 2) 12号斜桩桩身最大位移为59.14mm，位于桩顶向下约6m;12号直桩桩身最大位移为41.20mm，位于桩顶向下约1m;15号斜桩桩身最大位移为56.33mm，位于桩顶向下约5m;15号直桩桩身最大位移为43.25mm，位于桩顶向下约3m，斜桩位移略大于直桩位移，且斜桩最大位移位置相比直桩离桩顶更远。监测结果基本满足结构安全要求，且采用钢筋计和应变计监测结果差异并不显明。

　　 监测系统获取的2组前排倾斜桩及后排直桩开挖至基底工况下的桩身弯矩如图8所示。

　　 1)直桩与倾斜桩桩身弯矩总体一致，即上部分弯矩和下部分弯矩相反，这一变化趋势与传统垂直双排桩一致。

　　 2) 15号前排斜桩及后排直桩桩身弯矩均大于12号前排斜桩及后排直桩，可能是由于监测点位的差异，也可能是采用钢筋计监测要大于应变计监测结果的原因。同时，倾斜桩桩身弯矩要显著大于直立桩桩身弯矩。在工程设计中，直桩与斜桩配筋可进行区分。

　　 12号与15号前斜后直双排桩中间连梁监测断面弯矩如图9所示。2幅连梁弯矩相差较大，连梁弯矩最大值≤300k N·m，均出现在基坑开挖至基底后。

　　 选取斜桩计算剖面，采用Midas GTS NX有限元计算软件，按二维平面应变考虑，模型宽度取整体基坑宽度(见图10)，宽度为130m，高度取6倍基坑开挖深度，高70m。支护地面考虑超载20k Pa，除顶面外，其他三面边界条件设置约束，模型计算方法为修正莫尔-库仑模型，土体卸载模量对于填土和一般黏性土取3～5倍弹性模量，支护桩、连梁、冠梁等结构单元数据参照GB50010—2010《混凝土结构设计规范》选取。岩土物理力学参数由勘察报告选取(见表1)。

　　 分别计算前排斜桩和后排直桩在开挖深度2,4,6,8,10m条件下位移变化，计算结果如图11所示。

　　 1)在相同支护深度，位移随开挖深度的加深而增大，在同一开挖深度，位移随支护深度的加深先减少后增大，在支护深度为6～10m时达到最大。前排倾斜桩和后排直桩的位移最大分别为39.090mm和36.585mm。

　　 2)计算得到的前排倾斜桩与后排直桩位移形态相近，而在监测中，直桩与斜桩位移形态存在一定差异，相比斜桩，直桩更倾向悬臂桩位移形态，计算桩身位移相比实测结果表现出更强的斜撑效应，并随开挖深度的加深更加明显。实测位移量相比计算值略大。

　　 3)计算显示，“前斜后直”倾斜桩中前排斜桩与后排直桩桩端均产生一定侧移，并随开挖深度的加深更加明显，位移量约为6～10mm，前排斜桩与后排直桩均产生了朝向基坑的运动趋势，二者形成联动整体。对比监测结果，桩端位移量约为3～5mm，侧移并不十分明显，可能由于桩的入土深度较大，被动区抗力阻挡了桩端位移。工程设计中应注意倾斜桩桩端位移对结构安全的影响，并宜确保足够的嵌固深度。

　　 通过数值计算，得到开挖深度为8,10m时前排斜桩及后排直桩桩身弯矩情况，如图12所示。

　　 1)与监测结果类似，前排斜桩与后排直桩桩身弯矩相近，并随开挖深度加深，弯矩先增大后减小。计算桩身弯矩随深度变化形态与监测结果相近，计算弯矩值大于监测值，且斜桩弯矩大于直桩弯矩，计算反弯点要小于监测反弯点位置。

　　 2)在基坑开挖8～10m过程中，桩身弯矩表现出明显增大，对比监测位移与实测位移值，均在基坑开挖8～10m时，位移数据明显增大，说明基坑挖深超过8m时，支护体系内力及位移对挖深更敏感，支护结构更接受安全开挖深度。

　　 有限元计算得到的前排斜桩与后排直桩连梁弯矩如图13所示。计算表明，梁身呈正负弯矩形态，连梁对前后排桩的位移控制发挥了比较好的协同效应，其弯矩最大值与监测结果较接近。

　　 通过有限元方法对“前斜后直”倾斜桩支护结构内力及位移的计算，表明监测结果较好地验证了理论计算，为施工提供了技术支撑和安全保障，达到了基坑工程安全控制的目的。

　　 采用自动化实时监测系统平台，通过设置钢筋计和应力计进行“前斜后直”无支护倾斜桩支护结构内力和位移监测，并经有限元数值计算结果对比，检验监测值与计算值差异，探讨“前斜后直”倾斜桩支护结构的有效性，经研究得出如下结论。

　　 1)“前斜后直”倾斜双排桩桩身最大位移总体发生在桩顶向下的位置，随时间推移或开挖深度加大，桩身最大位移下移趋势明显，其斜撑效应也更显著。

　　 2)计算得到的前排倾斜桩与后排直桩位移形态相近，计算桩身位移相比实测结果表现出更强的斜撑效应，并随开挖深度的加深更加明显。监测位移量相比计算值更大。监测结果基本满足结构安全要求，且采用钢筋计和应变计监测结果差异并不显明。

　　 3)监测及计算结果表明，直桩与倾斜桩桩身上部分弯矩和下部分弯矩相反。计算弯矩值略大于监测值，且斜桩弯矩大于直桩弯矩。

　　 4)通过有限元方法对“前斜后直”倾斜桩支护结构内力及位移的计算，并与监测结果进行对比，表明监测结果较好地验证了理论计算，达到了比较好的工程效果。