深基坑桩-锚复合支护结构设计分析

　　摘要：文章以实际工程为例，依据工程施工环境、地质水文条件，介绍了桩-锚支护结构体系的应用。通过采用理正基坑计算软件分析，各项技术参数均符合规范要求。工程实践证明，工程结构施工质量良好，安全可靠，取得了较好的社会经济效益。

　　关键词：深基坑，桩-锚复合支护，结构设计

　　中图分类号:TB482.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2012)

　　1工程基本情况

　　1.1工程概况

　　某商务办公楼总建筑面积为80342m2，地面43层，地下室4层，地面建筑高度为142.3m，总占地面积为4483.568m2，其中东西方向为82.4m，南北方向为53.2m。工程位于市中心，施工场地狭小，四周与市政道路和已有建筑相邻，工程基坑开挖深度为14.5m，南北侧有市政道路，东西侧有已有建筑，其中东侧距离道路8m;西侧与一栋7层楼建筑相邻，相距9m;南侧到道路的距离只有7m，北侧与一栋16层建筑相距18m。

　　1.2场地地质条件

　　1.2.1各土层分布及物理性质

　　各土层主要物理性质参数详见见表1。

　　表1各土(岩)层主要物理力学参数指标值

　　1.2.2水文地质

　　1.2.2.1地下水位

　　地质勘察报告显示，工程场地内的地下水位埋深1.00～1.70m之间。

　　1.2.2.2含水层的富水性分析

　　工程场地内钻孔施工会遇到第四系孔隙水以及基岩裂隙水，主要分布在<2-2>中粗砂层，场地内分布较广，且有一定的厚度，钻孔到此土层涌水量较大，根据测定确定该层的渗透系数为9.8cm/s。第四系孔隙水多是因为降雨渗入水为主，因此地下水位收到季节的影响较大。

　　1.2.2.3地下水腐蚀性评价

　　结合地质勘察报告，地下水腐蚀性按照Ⅱ环境类型和A类透水层进行考虑。可以判定，场地内地下水对于混凝土无腐蚀性，对钢筋也无腐蚀性，对钢结构有较弱腐蚀性。

　　2基坑支护方案选型

　　2.1设计标准

　　该基坑工程位于市中心，施工范围狭小，其中两面与市政道路相邻，另外两边周围都有建筑物，根据规范要求，该基坑的安全等级为一级，重要性系数取1.1。规范要求，基坑支护结构的最大水平位移不能超过30mm，也不能超出基坑深度的0.0025倍。

　　2.2基坑支护结构的选型

　　该建筑地下室共有四层，整个地下室平面内较为规则，底板厚度为850mm，标高为14.40m。工程所在地下水位较高。此外，基坑四周有道路和已有建筑，基坑施工面积较大，如果采用排桩支护的话，可以有效减少施工场地面积，减少基坑对周围建筑、道路的影响。通过专家研究，最后决定采用排桩外+锚杆(局部区域设置内撑两道)的施工方案，详见图1所示。

　　2.2.1排桩。为了减少施工对周围建筑物的干扰影响，排桩采用的是钻孔灌注桩，桩基深度达到16.5m，桩径为0.85m，桩间距离为1.1m。桩基中的钢筋笼主筋为Φ16@180，加强筋为Φ16@1500,箍筋为Φ10@180，桩身采用C30混凝土。

　　2.2.2锚杆。基坑共设有两道锚杆，锚杆直径均为150mm，其中，第一道锚杆位于桩顶-1.0m处，锚杆长度为9.8m，倾斜角为40°; 第二道锚杆位于桩顶-6.7m处，倾斜角为25°，锚杆长度为10.2m。锚杆的轴向力设计值为420kN(第一道)、400kN(第二道)。

　　2.2.3冠梁。冠梁能有效提高基坑支护体系的整体刚度，本工程冠梁横截面为850mm×600mm，冠梁的配筋如下：梁上部、下部各设主筋2Φ20，中部设置构造钢筋4Φ18,箍筋则为Φ10@180(2)，采用C30的混凝土。

　　图1支护结构剖面图

　　3基坑支护的计算

　　3.1计算软件的选用

　　采用理正基坑设计软件进行设计，该软件可以计算出基坑的内力分布、强度、沉降位移、水平位移，同时可以对基坑进行整体稳定性、抗隆验算分析。该软件在工程实践中大量应用，是我国基坑设计计算的常用软件。

　　3.2设计荷载

　　基坑设计主要考虑土压力、水压力的永久荷载，以及地面可变荷载。其中土压力采用沙土分离计算(地下水位以上)和水土合算(地下水位以下)的方法，基坑外侧水压力为钻孔初见水位，内侧则为坑底-0.5m处。地面活荷载按照基坑周围一米处18KPa超载进行计算，基坑出土区域按照45KPa超载进行计算。

　　3.3施工工况分析

　　3.3.1分段完成钻孔灌注桩和搅拌桩止水帷幕的施工;

　　3.3.2平整施工场地，然后进行土体开挖至桩顶标高处;

　　3.3.3完成冠梁的施工，当冠梁混凝土强度达到设计强度的75%，进行第一道的锚杆施工，局部地方加设内撑;

　　3.3.4在上述锚杆和内撑达到设计强度后，继续进行土方开挖，一直挖到第二道锚杆标高处，要求不能超挖，然后进行第二道锚杆和内撑的施工。

　　3.3.5当第二道锚杆和内撑达到设计强度后，开挖土体到基坑底部，然后进行地下室的施工，一直施工到负二层后进行土体的回填，回填到负二层后拆除第二道的内撑。

　　3.3.6地下室施工到负一层，回填土，拆除第一道内撑。

　　3.3.7地下室施工完成，回填土。

　　3.4计算工况

　　基坑计算时，按照下列工况进行计算：工况1：基坑开挖至-2.25m处;工况2：第一道锚杆和内撑施工完毕;工况2：基坑土方开挖-7.50m处;工况4：第二道锚杆和内撑施工完毕;工况5：土体开挖至-9.85m处。

　　3.5计算结果分析

　　3.5.1基坑支护内力、位移计算

　　计算时，土压力采用的是弹性法和经典法两种模式。具体计算结果见图2、图3。

　　(a)工况1

　　(b)工况2

　　(c)工况3

　　(d)工况4

　　(e)工况5

　　图2内力位移图

　　图3内力位移包络图

　　从上述图表可以看到，该基坑最大设计弯矩分别为210.05kN.m(基坑内侧)、203.30kN.m(基坑外侧)，基坑的最大剪力值为169.35kN，最大水平位移为25.67mm，可以看出，这些参数均满足设计规范的要求。

　　3.5.2整体稳定验算

　　整体稳定安全系数Ks=4.460;圆弧半径(m)R=29.913;圆心坐标(1.005、17.452)

　　3.5.3抗倾覆安全系数

　　Mp———被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩,其中锚杆力由等值梁法求得;

　　Ma———主动土压力对桩底的弯矩;

　　Ks=4.371≥1.200,满足规范要求。

　　3.5.4抗隆起验算：

　　1)Prandtl(普朗德尔)公式(Ks≥1.1～1.2)，(安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部))

　　Ks=30.54≥1.1,满足规范要求。

　　2)Terzaghi(太沙基)公式(Ks≥1.15～1.25)(安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部))

　　Ks=37.847≥1.15,满足规范要求。

　　3.5.5隆起量的计算

　　δ=25(mm)

　　3.5.6抗管涌验算

　　抗管涌稳定安全系数(K≥1.5)。

　　K=1.876>1.5,满足规范要求!

　　通过上述计算可以看出，桩-锚复合支护方案能满足设计规范的要求，有效验证了该方案的可靠性。

　　4总结

　　4.1结构安全

　　目前，该工程已经施工完毕，施工过程中没有出现任何施工质量和安全问题，桩-锚复合支护方案合理，由此可见，该方案设计是安全可靠的。

　　4.2性价比高

　　工程实践表明，桩-锚复合支护方案的采用，相比先前的施工方案节约成本600余万元，节约了施工成本，确定了较好的经济效益。

　　4.3桩-锚支护结构在深基坑的应用，可为类似工程建设起到一定的参考作用。

　　参考文献：

　　[1]《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)

　　[2]《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)

　　[3]《建筑基坑支护工程规程》(DBJ/T15-20-97)

　　[4]《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)

　　[5]《广州地区建筑基坑支护技术规定》(GJB02-98)

　　[6]钟卫，李成宏.基坑采用桩加锚杆支护方案分析[M].铁道建筑技术，2010(S1).

　　[7]左秉旭,李兆斌.排桩锚杆联合支护结构在深基坑工程中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2008(3).

《深基坑桩-锚复合支护结构设计分析》

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