经典法和弹性法在深基坑桩锚支护中的应用.pdf

岩土工程福建建设科技 经典法和弹性法在深基坑桩锚支护中的应用黄奕彬 欧阳增城 杨 辉(华东勘测设计院(福建)有限公司 福建福州)摘 要 主要阐述了深基坑桩锚支护结构计算常用的两种方法经典法和弹性法并以厦门某酒店基坑支护(桩锚支护)为例利用计算软件分别模拟出基坑开挖的各个工况及受力特点通过比较两种方法的计算结果及实际监测数据分析结果表明弹性法比经典法更符合实际情况且弹性法中增量法考虑了上一步开挖对下一步开挖的影响更科学合理关键词 经典法弹性法增量法深基坑 :.().:作者简介:黄奕彬(.)男本科高级工程师注册土木工程师(岩土)研究方向:岩土工程、路桥工程欧阳增城(.)男硕士研究生工程师现主要从事岩土工程专业方向杨辉(.)男硕士研究生高级工程师现主要从事岩土工程专业方向 引言桩锚支护结构是深基坑常用的支护型式一般情况下可简化为一个受侧向土压力、锚杆(索)拉力共同作用下的受力结构目前这种结构的设计计算方法应用较多的主要有两类经典法、弹性法 这两种计算方法的主要原理如下:()经典法即极限平衡法主要是考虑力的平衡方法取单位宽度受侧向荷载作用的梁系常见的有静力平衡法、等值梁法(假想铰法)等 这两种方法采用的土压力均为经典的理论土压力方法如朗肯土压力法等都将锚杆(或支撑)处假定为不动的连杆支座(即不动的铰支座)通过计算出桩(墙)两侧的土压力(主动土压力及被动土压力)、水压力及其分布后按静力平衡法计算支护构件各点的内力 根据围护结构的嵌固段端点的支承条件一般情况下视为简支按等值梁计算当嵌固段土体特别软弱或入土较浅时可视为自由端按静力平衡法计算()弹性法即弹性地基梁法把支护结构看作一竖放的弹性地基梁其中支撑和锚杆简化为弹簧支座基坑以下的土层用一系列的土弹簧模拟代替而坑外土体的水土压力视为外部荷载施加于地基梁上从而通过杆系有限的方法可计算梁的内力和变形 坑内开挖面以下土弹簧对应的水平向基床系数 的计算方法有常数法、法、法、法最常采用的是 法即 弹性法实际应用有全量法、增量法这两种计算模式 其中全量法:外荷载是各施工阶段实际作用在墙体的有效土压力和其他荷载在支撑处设置支撑前该点支护结构已产生的水平位移由此可以直接求得当前施工阶段完成后围护结构的实际位移和内力增量法:外荷载相当于前一个施工阶段完成后的荷载增量求得的支护结构位移和内力相当于前一个施工阶段完成后的增量与前一个施工阶段完成后的墙体已产生的位移和内力叠加得到当前施工阶段完成后体系的位移和内力本文以厦门某酒店深基坑为工程背景采用理正深基坑支护结构设计软件 计算通过对两种方法的计算结果进行比较并结合实际监测数据分析以期为类似工程提供参考和借鉴 工程概况及特点 工程概况厦门某酒店位于厦门市思明区场地北侧有临近建筑(地上 层无地下室采用桩基础)东、西侧为已建市政道路南侧为公共绿地场地内平缓开阔本工程设两层地下室基坑周长约 基坑开挖深度约 基坑形状及周边环境如图 所示图 基坑平面简图 福建建设科技 岩土工程 工程地质、水文地质概况根据勘察单位提供的勘察报告基坑支护影响范围内的岩土层主要为:杂填土:回填物以粘性土为主含较多建筑垃圾和生活垃圾部分地段夹有淤泥部分地段揭露有粒径大于 的块石未经专门压实处理均匀性较差松散 稍密 全场分布平均层厚约 淤泥:深灰色饱和流塑状态、局部为软塑成份以粘粒为主含少许粉细砂土层带有臭味土质不均匀局部相变为淤泥质土 局部揭露层厚 粉质粘土:灰黄、灰白等色可塑主要由粘粉粒及 的砂砾组成(局部地段砂砾含量较大)切面稍光滑干强度高摇震无反应韧性中等 全场分布层厚 残积砂质粘性土:可 硬塑主要由花岗岩长石风化的粘粉粒及石英砂砾组成大于 的细粒含量约 组织结构完全破坏已风化成土状 全场分布场地地下水主要有赋存运移于杂填土中的孔隙潜水该层属弱透水 中等透水层与周边地块存在水力联系赋存运移于残积砂质粘性土、强风化花岗岩孔隙、网纹状裂隙中的弱承压水 基坑特点分析本基坑主要的特点分析如下:()两层地下室开挖深度较深约 ()北侧临近建筑东西侧临近市政道路变形控制要求较高()存在较厚的杂填土层平均厚度达 且地层为弱透水 中等透水与周边地块存在水力联系()本基坑工期要求较高由于基坑跨度大如采用内支撑无法满足工期要求 基坑支护方案与分析 基坑支护方案根据该场地的工程地质、水文地质、周边环境、基坑开挖深度等条件同时考虑工期影响、控制变形等因素基坑支护采用 钻孔灌注桩结合两道预应力可回收锚索支护同时考虑桩间止水及防止局部淤泥流动灌注桩间采用 高压旋喷桩按进入基坑底标高以下 控制基坑排水采用集水明排 施工期间开挖状况良好周边环境未出现明显变形或异常各项监测数据均满足规范要求 计算参数与简图本文主要就基坑的主要剖面 剖面(基坑西侧)进行分析基坑侧壁安全等级为一级侧壁安全系数取 主要地层计算参数(见表)其中土弹簧对应的水平向基床系数 计算采用 法采用现行建筑基坑支护技术规程的经验方法进行计算即 为支护桩在坑底处的水平位移量取为 计算简图如图 所示由于临近市政道路坡顶超载按 考虑 计算成果分析本文采用理正深基坑支护结构设计软件 计算按超挖 时加锚索(预加力)的方式生成 个工况根据每个工况进行计算 其中经典法采用等值梁法弹性法分别采用增量法、全量法两种方法计算表 基坑支护范围地层计算参数表土层及编号参数指标天然重度抗剪强度粘聚力内摩擦角土体与锚固体极限摩阻力标准值水平向基床系数的比例系数/杂填土 淤泥 粉质粘土 残积砂质粘性土 图 基坑支护计算简图根据基坑支护弹性法、经典法计算成果(见表)对比分析如下:()弹性法中增量法与全量法的坑外主动土压力任一工况均为同一值(本工程为 )而被动土压力均随工况变化主要由土压力模型决定特点是基坑内侧坑底以下的土层假定为一系列的土弹簧而经典法计算的是基坑开挖面以下至桩底的被动土压力随开挖深度加深开挖面至桩底厚度减小相应被动土压力也减小()弹性法随开挖深度加深坑内侧(桩)位移递增符合锚索处为弹性支座的假定经典法则始终为 符合锚索处为不动支座的假定说明经典法只能计算支护结构的内力而无法计其位移值 根据现场测斜管监测数据桩身最大位移约位于深度 位置与弹性法位移曲线相符说明弹性法更符合实际情况()弹性法和经典法随开挖深度加深坑内外弯矩均呈递增趋势但弹性法在深度不变情况下受锚索预加力影响使弯矩变化而经典法不变 开挖至最终状态工况 时增量法与全量法坑内侧弯矩最大值分别为 、明显大于经典法计算值 岩土工程福建建设科技 表 基坑支护弹性法、经典法计算成果计算项目工况工况 开挖至 工况 加锚索 工况 开挖至 工况 加锚索 工况 开挖至 土压力()弹性法增量法 全量法 经典法 位移()弹性法增量法 全量法 经典法 弯矩()弹性法增量法 全量法 经典法 锚索 拉力()弹性法增量法(预加力)全量法(预加力)经典法(预加力)锚索 拉力()弹性法增量法(预加力)全量法(预加力)经典法(预加力)注:负值表示朝基坑内侧计算值正值表示朝外侧计算值 ()弹性法中增量法把施加预应力作为当前工况新增的荷载施加预加力后锚索拉力均会随后续开挖、下道锚索施加预应力等工况变化全量法不能模拟锚索施加预应力工况经典法则不随工况变化 根据实际锚索应力监测锚索 拉力在开挖过程中拉力值变化规律与增量法相符开挖至最终状态工况 时拉力达到 全量法为 比增量法小 经典法仅为 实际监测值为 弹性法中增量法能模拟开挖、加锚索(或加撑)等工况考虑了上一步开挖对下一步开挖的影响更符合实际 结语本文所引用工程实例(厦门某酒店深基坑桩锚支护工程)从实施效果看施工期间周边环境未出现明显变形或异常各项监测数据均满足规范要求表明桩锚支护可成功应用于复杂周边环境和软弱地基条件的深基坑 本文通过采用理正深基坑支护结构设计软件计算对比弹性法(增量法、全量法)、经典法中土压力、位移、弯矩、锚索等项目计算结果的区别并结合实际监测数据分析结果表明弹性法即弹性地基梁法考虑支护结构与土的变形协调较好地模拟桩土之间的作用比经典法更符合实际情况 且弹性法中增量法能模拟开挖、加锚索(或加撑)等工况考虑了上一步开挖对下一步开挖的影响更科学合理建议类似采用桩锚支护的基坑支护设计优先采用增量法参考文献杨光华.深基坑支护结构的实用计算方法及其应用.岩土工程():.杨学祥张瑜.弹性地基梁法与经典土压力法计算支护桩内力的对比分析.工程建设():.连少军张聪.全量法与增量法在深基坑中的应用.同煤科技():.刘国彬王卫东.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社.中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程:.北京:中国建筑工业出版社.