深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算與分析

李玉瀟 蔡 婧

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001)

樁錨支護技術(shù)最先應(yīng)用于礦山巷道中[1-3]，1911年，樁錨支護技術(shù)在美國的Friedens煤礦巷道頂板施工中首次被應(yīng)用[4]，而錨桿支護技術(shù)于1918年傳入我國并應(yīng)用于西安礦山[5]建設(shè)中。由于當(dāng)時經(jīng)濟實力落后，該技術(shù)推廣到高層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)建筑和地下深基坑建設(shè)中就相對較晚。直到改革開放后，我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，深基坑錨桿支護技術(shù)才得到迅速普及。隨著城市化進(jìn)程的加快，人口集中化越來越嚴(yán)重，地上空間也越來越擁擠，這使得我們不得不考慮地下空間的開發(fā)，如地鐵的應(yīng)用[6,7]，人防工程[8-10]等，故地下空間的發(fā)展將是未來城市發(fā)展的必然趨勢。在開拓城市地下空間的同時，伴隨著基坑開挖深度的加深，開挖難度不斷增加，加之基坑周圍環(huán)境的復(fù)雜性[11,12]，對深基坑支護技術(shù)的要求也越來越高，給巖土工程的發(fā)展帶來了諸多挑戰(zhàn)，值得進(jìn)行深入而有效的探討。

1 工程概況

某房地產(chǎn)公司準(zhǔn)備在安徽新建一個1-2號地塊工程，此樓1棟為35層辦公樓(樓層高度為138.45 m)，1棟為28層公寓樓(樓層高度為98 m)，部分4層，5層商業(yè)用房及4層地下室。

1.1 工程地質(zhì)條件

現(xiàn)場地質(zhì)土層共分為7層，主要為：①雜填土；②粉質(zhì)黏土；③粉土；④粉質(zhì)黏土；⑤全風(fēng)化混合花崗巖；⑥強風(fēng)化混合花崗巖；⑦中等風(fēng)化混合花崗巖。

1.2 地下水概況

第一層為上層滯水，來自地表水和降雨水的泄露，分布于雜填土與粉質(zhì)黏土中。第二層為承壓水，來源于流動的地下水，分布于粉土中。第三層為基巖裂隙水，分布于混合花崗巖中。

2 深基坑支護方案

2.1 深基坑支護特點

1)區(qū)域性。2)綜合性。3)時空效應(yīng)。

2.2 基坑支護方式

1)地下連續(xù)墻支護。地下連續(xù)墻施工工藝為：挖槽→泥漿護壁→清槽→下放鋼筋籠→澆筑混凝土。具有防水、防滲、承重等功能。2)土釘墻支護。土釘墻支護施工工藝為：鉆孔→打入土釘→掛鋼筋網(wǎng)面→噴射混凝土。具有承受邊坡超載和提升邊坡整體穩(wěn)定性的能力。3)鉆孔灌注樁支護。鉆孔灌注樁施工工藝為：鉆孔→泥漿護壁→清孔→下放鋼筋籠→澆筑混凝土。具有噪聲小，覆蓋面積廣等優(yōu)點，但缺點有止水性差，成孔慢，耗時，污染大等。4)鋼板樁支護。鋼板樁支護施工工藝為：挖槽→下放定制的帶有鎖口或鉗口的熱軋型鋼。具有連續(xù)性，耐久性，造價低，可反復(fù)使用等優(yōu)點，缺點是擋水和過濾微塵的作用弱，施工要求較高。

2.3 深基坑樁錨支護的選擇

本工程開挖深度約為地平面下深14 m，安全等級為一級。根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境和地質(zhì)條件，初定選用地下連續(xù)墻支護。但因其費用較高，施工較復(fù)雜，廢棄的泥漿難處理等問題，最終選用鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的支護方式。

3 穩(wěn)定性計算與分析

3.1 支護參數(shù)

土層參數(shù)見表1。

3.2 各工況情況

工況1：開挖至9.4 m；工況2：內(nèi)撐支護；工況3：開挖至13 m；工況4：內(nèi)撐支護；工況5：開挖至16.6 m；工況6：內(nèi)撐支護；工況7：開挖至18.6 m。

3.3 整體穩(wěn)定性計算

表1 土層參數(shù)

本文選擇用瑞典條分法來對基坑土體整體滑動進(jìn)行驗算，驗算簡圖如圖1所示。

由圖1可知，采用有效應(yīng)力法來分析應(yīng)力狀態(tài)，其土條寬度為1 m，滑裂面圓心坐標(biāo)為(-1.658,19.630)，圓弧半徑為23.671 m，整體穩(wěn)定安全系數(shù)為Ks=1.920。

3.4 抗傾覆穩(wěn)定性計算

(1)

其中，MP為被動土壓力和支點力對樁的底部的抗傾覆彎矩；Ma為主動土壓力對于樁底的傾覆彎矩。各個工況的計算結(jié)果如表2所示。

表2 不同工況驗算

由表2可知工況5的安全系數(shù)最小且Ks=2.483>1.250，穩(wěn)定性較好。

3.5 抗隆起驗算

為了避免基坑隆起現(xiàn)象的發(fā)生需對其進(jìn)行抗隆起驗算。

(2)

(3)

(4)

(5)

由式(2)可得樁錨支護結(jié)構(gòu)的抗隆起安全系數(shù)Ks=6.310>1.800=Khe，由式(5)圓弧條分法可得基坑底部的抗隆起安全系數(shù)Ks=2.316>2.200=KRL，故該基坑抗隆起穩(wěn)定性滿足要求。

4 結(jié)語

本文以安徽某房地產(chǎn)基坑工程為例，對其樁錨支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析得出：該基坑的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.920，最小抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.483，抗隆起穩(wěn)定性安全系數(shù)為6.310，均滿足設(shè)計要求。