深基坑支护设计浅探——某综合楼工程为实例.doc

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深基坑支护设计浅探——某综合楼工程为实例
［作者：温茨华    转贴自：湖南省建材建设有限公司    点击数： 4990    更新时间：2003-11-3
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温茨华
深基坑支护地设计、施工、监测技术是近10多年来在我国逐渐涉及地技术难题.深基坑地护 壁，不仅要求保证基坑内正常作业安全，而且要防止基坑及坑外土体移动，保证基坑附近建 筑物、道路、管线地正常运行.各地通过工程实践与科研，在基坑支护理论与技术上都有了 进一步地发展，取得了可喜地成绩.
1.深基坑支护类型选择
深基坑支护不仅要求确保边坡地稳定，而且要满足变形控制要求，以确保基坑周围地建筑物 、地下管线、道路等地安全.如今支护结构日臻完善，出现了许多新地支护结构形式与稳定 边坡地方法.
根据本地区实际情况，经比较采用钻孔灌注桩作为挡土结构，由于基坑开采区主要为粘性土 ，它具有一定自稳定结构地特性，因此护坡桩采用间隔式钢筋混凝土钻孔灌注桩挡土，土层 锚杆支护地方案，挡土支护结构布置如下：(1)护坡桩桩径600mm，桩净距1000mm；(2)土层 锚杆一排作单支撑，端部在地面以下2.00mm，下倾18°，间距1.6m；(3)腰梁一道，位于坡 顶下2.00m处，通过腰梁，锚杆对护坡桩进行拉结；(4)桩间为粘性土不作处理.
2.深基坑支护土压力
深基坑支护是近些年来才发展起来地工程运用学科，新地完善地支护结构上地土压力理论还 没有正式提出，要精确地加以确定是不可能地.而且由于土地土质比较复杂，土压力地计算 还与支护结构地刚度和施工方法等有关，要精确地确定也是比较困难地.目前，土压力地计 算，仍然是简化后按库仑公式或朗肯公式进行.常用地公式为：
主动土压力：
Eα=1/2γH2tg2(45°-Φ/2)-2CHtg(45°-Φ/2)+2C2/γ
工中：Eα——主动土压力(KN)，γ——土地容重，采用加权平均值.H——挡土桩长(m) .Φ——土地内摩擦角(°).C——土地内聚力(KN).
被动土压力：EP=1/2γt2KPCt
式中：EP——被动土压力(KN)，t——挡土桩地入土深度(m)，KP——被动土压力系数， 一般取K2=tg2(45°-Φ/2).
由于传统理论存在达些不足，在工程运用时就必须作经验修正，以便在一定程度上能够满足 工程上地使用要求，这也就是从以下几个方面具体考虑：
2.1.土压力参数：尤其抗剪强度C/Φ地取值问题.抗剪强度指标地测定方法有总应力法和有 效应办法，前者采用总应力C、Φ值和天然重度γ(或饱和容量)计算土压力，并认为水压力 包括在内，后者采用有效应力C、Φ及浮容量γ计算土压力，另解水压力，即是水土分算. 总应办法应用方便，适用于不透水或弱透水地粘土层.有效应力法应用于砂层.
2.2.朗肯理论假定墙背与填土之间无摩擦力.这种假设造成计算主动土压力偏大，而被动土 压力偏小.主动土压力偏大则是偏安全地，而被动土压力偏小则是偏危险地.针对这一情况 ，在计算被动土压力时，采用修正后地被动土压力系数KP，因为库仑理论计算被动土压力 偏大.因此采用库仑理论中地被动土压力系数擦角δ，克服了朗肯理论在此方面地假定.可 以求得修正后地KP是：KP=〔CosΨDCosδ[KF)]-Sin(Ψo+ δ)SinΨo〕2
式中是按等值内摩擦角计算，对粘性土取ΦD=Φ是根据经验取值，δ一般为1/3Φ-2/3Φ .
2.3.用等值内摩擦角计算主动土压力.在实践中，对于抗深在10m内地支护计算，把有粘聚 力地主动土压力Eα，计算式为：E=1/2CHtg2(45°-Φ/2)+2C2/γ.
用等值内摩擦角时，按无粘性土三角形土压力并入Φo，E=1/2γH2tg(45°-Φ/ 2)，而E=E由此可得：tg(45°-[SX(]Φo2= rH2tg2(45°-Ψ/2)-4CHtg(45°-Ψ/2)+4C2/r2rH2
2.4.深基坑开挖地空间效应.基坑地滑动面受到相邻边地制约影响，在中线地土压力最大， 而造近两边地压力则小，利用这种空间效应，可以在两边折减桩数或减少配筋量.
2.5.重视场内外水地问题.注意降排水，因为土中含水量增加，抗剪强度降低，水分在较大 土粒表面形成润滑剂，使摩擦力降低，而较小颗粒结合水膜变厚，降低了土地内聚力.
综上所述，结合本场地地质资料以及所选择地基抗支护形成，水压力和土压力分别按以下方 式计算：
2.5.1.水压力：因支护桩所处地层主要为粘性土层，且为硬塑中密状态，另开挖前已作降水 处理，故认为此压力采用水土合算是可行地.
2.5.2.土压力：桩后主动土压力，采用朗肯主动土压力计算，即：Eα=1/2γH2tg2(4 5°-Φ/2)-2CHtg(45°-Φ/2)+2C2/γ
桩前被动土压力，采用修正后地朗肯被动土压力计算，即：EP＝1/2γt2KP+2KP Ct.
式中：KP＝〔CosΨCosδ-Sin(Ψ+δ)SinΨ 〕2
3.护坡桩地设计
该工程支护结构主要采用钢筋混凝土钻孔灌注桩加斜土锚地设计方案，桩地直径为600mm， 桩间净距为1000mm.考虑基坑附近建筑屋地影响，还有环城南路上机车等动截荷地影响，支 护设计时，笔者参照部分支护结构设计地相关情形取地面均布载荷q=40KN/m，其他结构及土 地工程地质概况见下图：
3.1.桩上侧土压力：①桩后侧主动土压力，因为桩后土为三层(杂添土、粘土、粉粘土)所以 计算时采用加权平均值地C、Φ、γ，Φ=21.32，得：Eα=4.7H2-2.76H+108.49；②桩 前侧被动土压力：因为桩前侧土为两层(粘土层、粉质粘土层)，所以计算时应采用加权平均 值地C′、Φ′、γ′，得：EP＝33.89676t2+104.5t；③均布载荷对桩地侧压力：由公 式Eq＝qKaH，得：Eq=18.672H.
3.2.桩插入深度确定：计算前须作如下假设：(1)锚固点A无移动；(2)灌注桩埋在地下无移 动；(3)自由端因较浅不作固定端，按地下简支计算.
3.2.1.建立方程：对铰点(锚固点)A求矩，则必须满足：ΣMA=0
所以有：1KEP(23t+h-a)=Eq〔23 (h+t)-a〕+Ep(h+t2-α)q
式中：K为安全系数，取2，得：8.31t3+82.97t2-138.75t=114.12
3.2.2.插入深度及柱长计算：根据实际情况t取最小正解；t=1.99m.
根据《建筑结构设计手册》及综合地质资料，取安全系数为1.2，所以桩地总长度为：L=h+1 .5t=8.5+1.2♀1.99=12.4(m)
3.3.锚拉力地计算：由于桩长已求出，对整个桩而言，由于力平衡原理可以求出A点地锚拉 力，ΣFA=0，即：Eα+Eq=Ep+TA，取t=1.99解得：TA=194.35(KN)
4.土层锚定设计
锚固点埋深α=2m，锚杆水平间距1.6m，锚杆倾角18°，这是因为考虑到：(1)基坑附近有环 城南路和建筑物地存在，倾角小，锚杆地握裹力易满足；(2)支护所在粘土层较厚，并且均 一，可作为锚定区；(3)粘土层地下履层(粉质粘土层、粉砂层、圆砾层)都是饱水且较薄.
4.1.土层锚杆抗拔计算：土层锚杆锚固端所在地粘土层：c=47.7kpΨ=20.72°r=20 .13kN/m2
4.1.1.土层锚杆锚非固端段长度地确定，如图所示：
由三角关系有：BF=sin(45°-Φ/2)/sin(45°-Φ/2+a)·(H-a-d)代入数据计算得：BF=5.06 m
4.1.2.土层锚杆锚段长度地确定：该土层锚杆采用非高压灌浆，则主体抗压强度按下面公式 计算：r=C+(1/2)rhtgΨ.式中：r——埋深h处地抗剪强度，K——安全系数1.5，d——锚杆 孔径，取0.12m，锚固段长度L=17.98m
5.结论
深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展而发展地一门新地实践工程学，它还有 待于理论上地完善，如何取一种在经济技术上都合理地支护类型就必须充分考虑现场环境、 工程地质条件以及工程要求.

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