大连某项目深基坑支护分析-经济论文网

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发布时间：2011-02-26 11:06:56  更新时间：2022-03-09 15:48:56

　　大连某项目深基坑支护分析

　　张恒福张洪喜唐正哲

　　大连市旅顺口区建筑业管理处辽宁大连

　　进入二十世纪90年代以来，岩土深基坑围护问题已经成为我国建筑业的热点问题之一。总的来说具有以下特点：

　　(1)基坑越挖越深，主要是地皮金贵和为了符合建筑管理规定及人防要求。

　　(2)工程地质条件越来越差，特别是经济发达地区的填海填湖淤河泥塘或沼泽地，工程地质条件十分复杂。

　　(3)基坑周围建筑物密集或靠重要市政公路，因而对建筑物的基坑支护提出了更高要求。

　　基坑围护的方法虽然很多，如混凝土桩围护、钢板桩围护、地下连续墙围护、深层搅拌桩围护、钢支撑围护、砂袋挡土墙围护、土钉支护等，应有尽有，各显神通。但基坑支护的成功率较低，此问题在建筑业中显得异常突出。无论是在内地、还是沿海城市，均有出现事故的例子。最能说明问题最典型的是，根据有关资料显示，有的地区基坑支护成功率只有一半，另一半或是发生了事故，或多少有一点毛病，其结果是给国家造成了巨大经济损失，影响居民安定生活，造成市政交通堵塞，危及四邻安全;使得质检、建管部门及勘察设计、施工、监理等相关部门工程技术人员压力如山。

　　采用锚杆加混凝土灌注桩的方法进行沿海地区深基坑支护，实践表明，基坑失稳的情况少，具有很好的稳定性，大大提高了沿海地区深基坑支护的安全性。

　　一、场区工程及地质条件

　　大连某地下工程位于旅顺口区盐尹路，东邻3层别墅，基坑开挖后距楼仅剩5m;南邻2层建筑物(在建)，基坑开挖后距楼仅5.5米，西面为临时道路，距基坑仅1米。

　　某地库基坑支护平面图(略)。

　　该场地地形平坦，经钻孔揭露，场地地层从上至上依次为：

　　1)强夯填土，厚度为1.8~2.5m，内磨擦角Ψ=15˚，内聚力c=25Kpa，界面粘结強度τ=120KPa，容重r=1.9。

　　2)淤泥质粘土层，厚度为7.0~8.3m，内磨擦角Ψ=8.6˚，内聚力c=7.8Kpa，界面粘结強度τ=83KPa，容重r=1.7。

　　3)粉质粘土混碎石层，厚度为5.0~13.7m，饱和密实，内磨擦角Ψ=15˚，内聚力c=35Kpa，界面粘结強度τ=150KPa，容重r=1.9。

　　4)强风化层，厚度为3.1~3.6m

　　二、支护方案的选择

　　某基坑周围环境复杂，特别是东面3层小楼与基坑太近，必须考虑邻近建筑物的安全。既要施工速度快，又要尽量减少围护费用。通过对混凝土灌注桩、钢板柱和土钉支护进行多方面的比较，最终决定东面、南面、西面采用混凝土钻孔灌注桩加锚杆的支护方案;为节约工程费用，北面(无建筑物，有场地)采用放坡开挖，并用钢丝网混凝土护坡。

　　1、支护设计

　　本工程的稳定分析分为整体稳定分析和分层施工过程中的稳定分析。整体稳定分析采用极限平衡法，算出支护结构和周围土体沿可能滑移面产生破坏的安全系数。分层施工过程中的稳定性分析根据锚杆分层作业，边开挖边支护的施工工艺特点而提出。其稳定条件是：开挖已到达下一层，而下一排锚杆尚未施工时，通过稳定计算给出其安全系数，支护设计先采用平面破坏模式进行初步设计，用滑弧理论进行校核。滑移平面假设通过坡角，斜角为π/4~Ψ/2，Ψ为深度范围内各层土的内磨擦角的加权平均值。锚杆采用倾斜布置，斜角为15o，锚杆单位抗拔力由经验给出，取2.0t/m。施工过程中如遇特殊情况可采用水平锚杆。为此，根据地面荷载土压力及安全系数可计算出锚杆间距、排距和长度。安全系数取值为2.0。南面按1：1.5放坡进行大开挖。各层锚杆的确定，要求保证滑移面以外有足够的有效固结长度，以使松动荷载通过锚杆传到稳定区。

　　该工程东面3层小楼的附加荷载最大，并且离基坑边仅5m,所以支护设计时，主要对东面砼钻孔灌注桩加锚杆的支护进行单独设计，混凝土灌注桩采用￠600，长度16m。

　　2、锚杆设计

　　(1)锚杆长度：

　　为节约基坑支护费用和便于基坑钻孔桩施工，对基坑先挖除1m厚的杂填土。使该基坑深度从9.1米变成8.1m。

　　查有关资料，淤泥质土的锚杆长度，一般取基坑深度H的1.5~2.0比较安全，该工程基坑深为8.1m，锚杆长度取19~22m。

　　(2)锚杆的水平间距Sh和竖向间距Sv：查有关资料，一般

　　Sh=Sv=1.0~2.5m，该工程取1.6m。锚杆为40，包裹混凝土后直径为100㎜。

　　(3)验算：

　　a)锚杆间距：l=1.6m。已知D：100mm，L：19m

　　D•L/Sh×SV=0.1×19÷(1.6×1.6)=0.74>0.5;

　　可以用于淤泥质粘土;

　　b)锚杆直径(d)：一般取值为：d=40mm。

　　d/(Sh×SV)0.5=1.25×10-3>0.4×10-3，可以;

　　c)锚杆与水平面夹角α:该工程除特殊情况外，采用15o。

　　d)局部稳定性验算：

　　○1锚杆抗拉断裂极限状态验算：

　　Ψ=(2.15×15+7.65×8.6)÷9.8=10.0

　　C=(2.15×5+7.65×7.8)÷9.8=7.2

　　r=(2.15×1.9+7.65×1.7)÷9.8=1.74

　　Ka=tg2(45o-ψ/2)=tg2(45o-10/2)=0.70

　　土压力计算：

　　根据朗肯土压力理论的适应条件，为方便计算，让计算结果偏于安全，采用朗肯土压力理论计算。

　　临界深度Z0=2C÷r√Ka=2×7.2÷(17.4×0.84)=0.98m

　　Pa=rZKa-2C√Ka=17.4×0.7×8.1-2×7.2√0.7

　　=98.65-12.09=86.56

　　东面小楼引起的附加荷载：因是碎石桩基，取值按50%考虑。

　　经计算，东面小楼均载q=39，取值为19.5

　　Pq=Ka×q=0.7×19.5=13.65

　　水压力：查地质资料,地下水位在地面以下2.56m

　　Pw=0.5rw(H—hv)=0.5×1×(8.1—2.56)=2.77

　　P=Pa+Pq+Pw=86.56+13.65+2.77=102.98

　　因此：

　　N=PShSV/cosθ=102.98×2.56/cos15°=272.9

　　1.1πd2fyk/4=1.1×3.14×402×400/4=552.64×103

　　Fs,dN=1.4×272.9×103=382.06×103

　　Fs,dN<1.1πd2fyk/4满足要求

　　○2注浆锚杆包裹体锚固极限状态验算：

　　L≥L1+Fs,dN/(πd0τ)

　　第一排锚杆

　　L1.1=[(8.1-1.5)tg(45°-Ψ/2)]/cos15°

　　L1.1=6.6×tg40°/cos15°=5.67m

　　Fs,dN/(πd0τ)=382.06/(3.14×0.1×83)=14.65

　　L1=22m>5.67+14.65满足要求

　　第二排锚杆

　　L2，1=(6.6-1.6)×tg40°/cos15°=4.3m

　　L2，2=Fs,dN/(πd0τ)=382.06/(3.14×0.1×80)=14.65

　　L2=19m>4.3+14.65满足要求

　　第三排锚杆

　　L3，1=(5.0-1.6)×tg40°/cos15°=2.95m

　　L3，2=Fs,dN/(πd0τ)=382.06/(3.14×0.1×80)=14.65

　　L3=19m>2.95+14.65满足要求

　　e)整体稳定性验算：

　　① 抗滑动安全系数：

　　设宽度为6m，Ψ按底部为15°。

　　Kh=Fi/Eax

　　Fi=(W+qB)ShtgΨ=(BγH+qB)ShtgΨ

　　=(6×17.4×8.1+19.5×6)×1.6tg15°

　　=412.7KN

　　Ea=Σ[(q+γiHi)Kai-2CiKai0.5]SvSh

　　Ea=[(19.5+17.4×8.1)×0.7-2×7.2×0.84]×1.6×1.6

　　=256.5KN

　　Kh=412.7/256.5=1.6>1.4满足要求

　　②抗倾覆稳定性验算

　　按倾安全系数：Kq=Mw/Mo≥2.5

　　Mw=(W+qB)ShB/2=(BγH+qB)ShB/2

　　=(6×17.4×8.1+19.5×6)×1.6×3=4620.7N.m

　　Mo=Ea×H/2=256.5×8.1÷2=1038.8N.m

　　Kq=4620.7/1038.8=4.4>2.5满足要求

　　③基底隆起验算：

　　Mτ=KatgΨ[(γH2/2+qH)D+(γH+q)D2/2+2γD3]+tgΨ[(γH+q)πD2/4+4γD3/3]+C(HD+πD2)+Mh

　　H为16m，为确保安全，Mh取0

　　Mτ=17436.45(计算式略)

　　Ms=(γH+q)D2/2

　　=(17.4×16+19.5)×62/2=5362.2

　　K=17436.45/5362.2=3.25>2.5满足要求

　　综合上述计算，该工程采用锚杆加混凝土桩支护，十分安全可靠。

　　锚杆是全长注浆的，从其受力状态看，它是沿锚杆全长连续提供支护抗力的。其磨擦力在锚杆全长上，以滑移面上的点为界，是相互背向的，摩阻力这种相互背向的特征使锚杆头部的受力较小。

　　三、施工监测

　　1、施工监测方案

　　本工程的施工监测包括环境监测和围护结构监测两部分。监测内容包括：a：桩墙水平位移，b：基坑周围建筑物沉降观测。

　　2、施工监测结果

　　a：桩墙水平位移

　　桩墙水平位移监测报表(只例举最大位移点)

　　序号 工作内容 最大位移量 累积位移量 测量时间

　　1 开挖完第一层土 0 0 2009年8月6日

　　2 开挖完第二层土 0 0 2009年8月14日

　　3 开挖完第三层土 1mm 1mm 2009年8月21日

　　4 浇底板垫层砼 6mm 7mm 2009年8月25日

　　5 砼底板浇筑完 3mm 10mm 2009年9月18日

　　6 地下室结构完 2mm 12mm 2009年10月10日

　　b：基坑周围建筑物及通道沉降观测

　　三层小楼沉降观测成果表(观测点位图略)

　　序号 工作内容 1点累积沉降量 2点累积沉降量 3点累积沉降量 4点累积沉降量 观测时间

　　(2009年)

　　1 开挖完第一层土 0 0 0 0 8月6日

　　2 开挖完第二层土 0 0 0 0 8月14日

　　3 开挖完第三层土 0.1mm 0.1mm 0.12mm 0.12mm 8月21日

　　4 浇底板垫层砼 0.47mm 1.12mm 0.62mm 0.58mm 8月25日

　　5 砼底板浇筑完 0.52mm 1.51mm 1.31mm 0.73mm 9月18日

　　6 地下室基础完 0.67mm 1.83mm 1.58mm 0.99mm 10月10日

　　7 回填土完 0.97mm 1.90mm 1.82mm 1.16mm 11月2日

　　四、支护效果分析

　　(1)通过计算，锚杆加混凝土灌注桩支护用于该工程基坑支护是可靠的，边壁的稳定状态是安全的。

　　(2)该工程说明了锚杆加混凝土灌注桩支护基坑边壁具有其他支护方法所不可比拟的安全性。

　　二00九年十一月