某狹窄場地深基坑設計及穩定性驗算

國洪波 吳宏基 李 震

1 工程與地質概況

擬建工程位于沖積扇北緣,結構類型為框架結構。建筑面積4455m2,地上2層、地下2層,基礎埋深10.5 m,按與現地面相當進行設計,基坑面積約1825 m2。場地北側為瀕臨湖泊,間隔20m左右的綠化帶,東南兩側為小胡同,西側與住宅樓相距5 m。現場施工場地狹小,道路窄小,交通不便。

根據勘察報告,場地地下水水位較低,場地內主要地下水類型為潛水,主要賦存于第四系地層中。受大氣降水及地表水補給,地下水水位隨季節變化而異。場地潛水初見潛水水位埋深14.0m～16.8 m,其靜止水位埋深13.5 m～15.6m,地下水對混凝土及鋼筋混凝土的鋼筋無腐蝕性,對本工程基坑開挖影響不大。

2 基坑支護設計方案

本工程開挖深度10.5 m,其靜止水位埋深13.5 m～15.6m,故不需要進行大面積降水。本工程西側鄰近住宅樓,確保基坑開挖及地下結構施工期間該住宅樓的安全是本工程的重點;其余三側均臨馬路,緊鄰基坑邊沿路皆埋設有煤氣管道、自來水管和排污管線等地下管線,設計中應充分考慮坡邊動荷載對支護結構的影響及坡邊變形對地下管線的影響。

綜合考慮以上因素,本基坑工程決定采用護坡樁加錨桿護坡方案,基坑深10.5 m,采用一層錨桿,單支點支護方案設計。

3 基坑支護設計及穩定性驗算

3.1 錨桿設計

錨桿自由段長度 L1、固定段長度 L2以及全長 Lq根據以下公式確定:

其中,L0為錨桿中心線與坑底面以下土壓力零點的距離,m;α為錨桿傾角,(°);T為錨桿設計軸向拉力值,kN;K為抗拔安全系數;D為錨固體直徑,m;K0為土層系數;h為覆蓋土的高度(錨固段中心到地面的高度),m。由地層物理力學指標可知:D=150mm,φ=27.7°,C=15.4 kPa,α=15°,γ=20 kN/m2,K=1.3,K0=0.5。設錨桿水平間距為 1.5 m。

由面簡支梁法得出錨桿水平拉力為251.2 kN,但錨桿水平間距為1.5 m,故每根錨桿軸力應為:

代入計算得L1=2.261 m。根據規范按5 m計算。由于地面荷載為20 kN/m2,應用公式時應折算,即 h′=20/20=1 m。

則上覆土層厚度為:h=(5+L2/2)×sin15°+4.2+1(大于4 m,滿足要求)。

得到一個關于 L2的一元二次方程,解得 L2=12.801 m;錨桿全長 L=5+12.801=17.801 m,設計取錨桿長 18 m。

3.2 錨桿整體穩定性計算

整體穩定按克氏假定的深層滑縫,如圖1所示克蘭茨代替墻法,圖1中OD為代替墻;CO為擋土樁腳至錨桿錨固的中心點;Ea為作用于擋土樁的主動土壓力(對樁的內摩擦角為δ);CO與水平夾角為θ,如 θ＞φ,計算時需計算地面荷載,θ＜φ時可不計算地面荷載。將各力組成力的多邊形計算簡圖如圖1所示,并進行計算使安全系數大于1.5。

3.3 安全系數計算

樁長設計為15.3 m,錨桿間距為1.5 m。由巖體物理力學指標可知:TA=251.2×2=502.4 kN;φ=27.7°;γ=20 kN/m3;α=15°。

可知:θ＞φ,要計算地面荷載(20 kN/m2)。擋土樁的主動土壓力:

故穩定性滿足安全要求。

4 結語

實踐表明,對于工程施工場地用地緊張,放坡不太可能,地下連續墻也不夠經濟的情況下,可以采用護坡樁加錨桿護坡方案,對周圍建筑物或管線可以實施有效的保護,可以盡可能的節省后期施工用地。基坑支護結構的優化設計,應在充分考慮場地巖土條件、環境條件的基礎上,選擇合適的計算模式和錨點位置,達到既安全又經濟的目的。通過對錨桿方案的優化計算,確保了支護設計的合理性;采用克氏假定,對錨桿支護條件下基坑整體穩定性進行了驗算。驗算結果表明,安全系數2.07,基坑滿足穩定性要求。

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