談某大型深基坑支護設計

高兵勇 謝 驍 鄔俊峰

(武漢工程大學環境與城市建設學院，湖北 武漢 430074)

談某大型深基坑支護設計

高兵勇 謝 驍 鄔俊峰

(武漢工程大學環境與城市建設學院，湖北 武漢 430074)

以某大型基坑支護設計為例，根據本工程開挖的地質條件和開挖深度的特點，選取了樁錨支護為主要的形式，并對樁錨支護體系設計及計算過程進行了詳細的分析，以供其他工程參考。

深基坑，樁錨，“m”法，支護設計

0 引言

由于高層建筑的興起伴隨著地下工程的發展，現代地下室的建設也越來越深，基坑支護是進行地下室施工的前提，對保護周邊環境和防止周邊建筑物的破壞起著重要的作用。根據基坑不同的地質環境和開挖深度可以采用不同的支護體系，如地下連續墻、樁錨、噴錨、土釘墻等體系。由于樁錨具有不占用基坑空間，穩定性好等特有的優勢，已成為基坑支護中最常用的支護結構形式之一。本文以實際工程為例，詳細的描述了樁錨支護設計的過程，為其他相似的基坑工程提供有力的參考。

1 工程簡介

武漢某總醫院擬興建醫療科研綜合樓。擬建物高5層～17層，建筑總高度66.6 m，框剪結構，設兩層地下室，建筑物采用獨立基礎，基礎埋置深度-9.3 m～-10.8 m。擬開挖基坑呈長方形，周長約250 m，開挖面積約3 000 m2，基坑開挖深度4.93 m～13.15 m。基坑運營時間為半年。

1.1 地質條件

擬建場區，地貌屬長江Ⅲ級階地，擬建場地在勘探深度范圍內自上而下可分為4層：①雜填土Qml，②粘土，③強風化泥巖，④中風化泥巖。其地層分布情況及設計參數見表1。地下水類型為上層滯水，主要賦存于上部雜填土層中。

表1 工程地質參數表

1.2 基坑特點及重要等級

本基坑局部開挖深度深，基坑南側緊鄰6層住宅樓，北側地勢高，有1層配電房，東側及西側為重要的通行道路，基坑周圍可利用的空間較小，不利于放坡。根據《建筑基坑支護技術規程》[1]條文說明3.1設計原則規定，本基坑重要性等級定為一級。

1.3 基坑分段及設計參數

根據場區環境條件、地層變化情況和邊坡高度，邊坡概化為六段(AB～FA)進行支護計算、設計。基坑邊坡設計考慮的坡頂超載值：15 kN/m2。基坑邊坡分段土層的設計取值見表2。

以朗肯土壓力計算理論為計算依據[2]，土壓力系數見表3。

2 支護選型

由于基坑安全等級為一級，支護結構可以考慮采用排樁或地下連續墻。地下連續墻整體剛度大、整體性好，可用于超深圍護結構，也可用于立體結構，適用于各種地質條件，可減少對環境的影響，震動少，噪聲低，對相鄰建筑物結構和地下管線影響小，但是它需要泥漿池護壁，對廢泥漿池的處理不但會增加工程費用，還會對環境產生影響；另外比采用排樁的造價要高得多。對于不能放坡或由于場地限制并且開挖深度在6 m～10 m左右時，即可采用排樁支護。正好適合于本基坑工程。由于受到場地和機械設備的限制，本工程采用φ900 mm的人工挖孔樁，采用柱列式排樁支護。排樁間距為1.5 m。根據基坑開挖深度選擇懸臂支護結構、單(或多)支撐結構，由于本工程開挖差異較大，這幾種形式都包含，本次選取在基坑的AB段最大開挖深度處(達到13 m)進行分析，此處設置3道支撐或拉錨[3]。

表2 基坑邊坡分段土層的設計取值

表3 土壓力系數表

3 樁錨支護設計

3.1 土壓力計算

此處基坑周邊原有擋土墻，墻高2.3 m，坡頂超載值15 kN/m2，將支護樁埋深設置為2.3 m，計算土壓力分布見圖1。

3.2 “m”法計算錨桿反力和樁身彎矩

1)計算m值。

2)樁身剛度及各項系數。

表4 單位力作用下的位移與轉角 ×10-4 m

3)計算支撐反力Ra，Rb，Rc及樁身彎矩。

將上述系數代入力法矩陣方程，由matlab進行計算，可求得錨桿處支撐反力Ra=94.2 kN/m，Rb=-132.5 kN/m，Rc=431.5 kN/m。土壓力、支撐反力都求得以后，樁身彎矩分布情況就很容易得到，見圖2，最大彎矩值278.6 kN·m。

表5 計算系數 ×10-4 m

3.3 排樁配筋計算

根據文獻[3]，彎矩設計值M采用公式：M=1.35·ψt·Mk計算，其中，ψt為基坑臨時性支護結構調整系數，根據4.0.6條規定，一級支護取1.0。該支護樁采用均勻配筋，由附錄D查表D.0.3選取16φ20。另外一種配筋方法是將圓柱截面等效為矩形截面，采用對稱矩形截面按文獻[6]公式計算配筋，通過計算總面積Ag=2As=4 982 mm2,附錄B實配鋼筋選用16φ20 (Ag=5 026 mm2),二者配筋結果一樣，配筋率也滿足要求，實際中取二者大值。

3.4 錨桿長度和配筋計算

土層錨桿是一種輔助結構，以外拉方式來錨固支護結構的圍護墻，土層錨桿支護的計算內容包括：錨桿軸力，自由段長度，錨固段長度，錨桿截面積計算等。AB段采用三層錨桿，豎向間距取為2 m，錨孔孔徑150 mm,三層錨桿傾角全部為θ=15°，錨桿鋼筋選用HRB335，上面已算出水平軸力。錨桿計算結果見表6。

表6 錨桿計算結果

4 結語

基坑支護是整個地下工程施工的前提，也是極其重要的環節，通過對以往發生的事故的原因調查以及對基坑的監測數據的反饋，人們獲取了大量的經驗總結，支護形式以及支護理論方面已經有了很大進展。筆者結合工程實例詳細的分析和論述了對于深基坑支護形式的選擇過程，并基于朗肯土壓力理論和彈性抗力法對樁錨支護形式的設計及計算過程進行了描述，這種方法實踐性強，并且本工程項目已經施工完畢，通過監測，變形滿足規范要求，支護效果好，為其他工程項目可以起到借鑒作用。

[1] JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程[S].

[2] 東南大學.土力學[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[3] 高大釗.深基坑工程[M].北京：機械工業出版社，1999.

[4] DB 42/159-2004，深基坑工程技術規定[S].

[5] JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[6] GB 50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

On the design of a large deep foundation pit

GAO Bing-yong XIE Xiao WU Jun-feng

(EnvironmentandCityConstructionSchool,WuhanEngineeringTechnologyInstitute,Wuhan430074,China)

Taking a large foundation pit support design for example, according to the characteristics of geological conditions and excavation depth of the engineering excavation, selected the pile anchor support as the main form, and analyzed in detail the pile anchor support system design and calculation process, as reference for other engineering.

deep foundation pit, anchor pile, “m” method, support design

1009-6825(2014)03-0085-03

2013-11-07

高兵勇(1989- )，男，在讀碩士； 謝 驍(1990- )，男，在讀碩士； 鄔俊峰(1988- )，男，在讀碩士

TU463

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