淺析排樁支護(hù)作為地下室外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

陳 波，黃 杰，彭 科

(中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司，四川成都610052)

隨著成都地區(qū)高大建筑物的迅速增加，深基坑工程的發(fā)展也越來越快，基坑支護(hù)手段越來越多，排樁作為常見的支護(hù)手段廣泛用于深基坑工程。然而，隨著城市土地的稀缺，建筑用地越來越緊湊，向地下延伸拓展空間迫在眉睫。在這種情況下深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅僅只作為臨時性工程使用，而是必須超越使用期限作為地下室結(jié)構(gòu)的一部分使用，即基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作為永久性結(jié)構(gòu)使用，這樣不僅節(jié)約了工程造價，而且大大地利用了地下空間，提升了城市土地的利用率，也降低了工程造價?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)作為永久性結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范沒有明確地給出設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

1 淺析設(shè)計(jì)計(jì)算方法

排樁支護(hù)作為地下室外墻結(jié)構(gòu)時的設(shè)計(jì)計(jì)算方法傳統(tǒng)采用的是土壓力理論設(shè)計(jì)方法，該法是在傳統(tǒng)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上適當(dāng)加大配筋量，這種方法的設(shè)計(jì)計(jì)算在《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120－99)里已經(jīng)敘述的很清楚，這里不再詳述。

根據(jù)邊坡設(shè)計(jì)理論，提出一種新的排樁支護(hù)作為地下室外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法即潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法，該法是基于永久性邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)而提出的。對土質(zhì)基坑，首先是假設(shè)基坑外側(cè)土體產(chǎn)生淺層滑動，潛在滑動面破裂角為45°+ψ/2，或?yàn)榘凑杖鸬錀l分法搜索的最不利滑動面;對半土半巖基坑，潛在滑動面假定為巖土分界面，然后利用極限平衡理論計(jì)算出潛在滑坡推力，把計(jì)算出的推力作為水平荷載作用于排樁，最后按照抗滑樁設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

1.1 結(jié)構(gòu)模型受力分析

排樁支護(hù)作為永久性結(jié)構(gòu)其承受的主要荷載為:上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向荷載、潛在滑動產(chǎn)生的推力、錨固段被動土壓力、地下室底板產(chǎn)生的支撐力、樁錨固段土體的側(cè)摩阻力R以及樁端地層產(chǎn)生的端阻力等。

1.2 潛在滑坡推力計(jì)算

推力計(jì)算應(yīng)根據(jù)潛在滑動面形式的不同而采用不同的計(jì)算公式，常見的滑動面有單一平面、圓弧面或折線形，具體的計(jì)算公式詳見《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0219－2006)附錄A中的公式，計(jì)算出的推力作用點(diǎn)位于排樁L1/2(L1為懸臂段長)處。在計(jì)算推力時，設(shè)計(jì)安全系數(shù)Ks建議取值1.05～1.1，而真正意義上的滑坡推力設(shè)計(jì)安全系數(shù)Ks一般取值1.1～1.3。

1.3 錨固深度計(jì)算

潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法中錨固深度的計(jì)算規(guī)范無具體計(jì)算公式，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值，對于土層或軟巖層為1/3～1/2樁長，對于完整或較堅(jiān)硬的巖層為1/4樁長，同時還必須滿足排樁豎向承載力計(jì)算中需要的錨固深度。

傳統(tǒng)的土壓力理論錨固深度是由被動土壓力產(chǎn)生的抗傾覆力矩除以主動土壓力產(chǎn)生的傾覆力矩不小于1.2安全系數(shù)計(jì)算得到的，這與潛在滑坡推力理論錨固深度的計(jì)算是不一樣的。

1.4 結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形計(jì)算

滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形計(jì)算與傳統(tǒng)的土壓力理論支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形計(jì)算方法一樣，都采用彈性支點(diǎn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，具體詳見《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120－99)附錄 B。

1.5 結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算

結(jié)構(gòu)受彎、受剪配筋計(jì)算是依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010－2010)附錄E.0.4及《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120－99)附錄D進(jìn)行計(jì)算的，這與傳統(tǒng)的土壓力理論受彎、受剪配筋計(jì)算是一樣的。不同的是潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算中必須考慮樁豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)受壓配筋，這部分配筋量在傳統(tǒng)的土壓力理論設(shè)計(jì)方法中是不考慮的。

1.6 樁的豎向承載力計(jì)算

潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法受力模型由于局部樁承受了較大的上部結(jié)構(gòu)傳遞的豎向荷載，這里排樁不僅僅是護(hù)壁樁，而且還是承受豎向荷載的工程樁，因此，必須根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94－2008)5.2節(jié)進(jìn)行樁基豎向承載力計(jì)算，在計(jì)算單樁豎向極限承載力時，樁的有效樁長只取錨固段的長度。

潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法必須進(jìn)行樁的豎向承載力計(jì)算，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不進(jìn)行樁的豎向承載力計(jì)算，它只把豎向荷載等效成相應(yīng)土柱高度，增加土體高度，從而導(dǎo)致主動土壓力的增加，最終把豎向荷載產(chǎn)生的效應(yīng)等效成了水平荷載產(chǎn)生的效應(yīng)。

1.7 結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性計(jì)算

兩種理論設(shè)計(jì)方法都必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性計(jì)算，不同之處在于整體穩(wěn)定安全系數(shù)取值不同，滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法穩(wěn)定安全系數(shù)一般取1.35，土壓力理論設(shè)計(jì)方法安全系數(shù)一般取1.2。

由于滑坡推力理論安全系數(shù)比傳統(tǒng)理論安全系數(shù)高，因此，無論是在配筋量上、樁數(shù)量上、樁間距上都與傳統(tǒng)理論計(jì)算出的不一樣。

2 推力理論設(shè)計(jì)法優(yōu)勢

采用潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)法進(jìn)行排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作為永久性工程設(shè)計(jì)計(jì)算比采用傳統(tǒng)的土壓力理論設(shè)計(jì)法有明顯的優(yōu)勢，其具體表現(xiàn)在:(1)計(jì)算模型與實(shí)際受力形式比較相符;(2)假設(shè)基坑外側(cè)土體存在潛在滑動，計(jì)算所得的水平外力比采用土壓力理論計(jì)算所得的外力較大，這為結(jié)構(gòu)的永久使用儲備了一定的安全度;(3)進(jìn)行了樁的豎向承載力計(jì)算，從而驗(yàn)證了樁的錨固深度，而傳統(tǒng)的土壓力理論設(shè)計(jì)法不進(jìn)行樁的豎向承載力計(jì)算，這存在著一定的風(fēng)險性;(4)傳統(tǒng)土壓力理論方法一般只進(jìn)行基坑開挖過程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算，而不進(jìn)行地下室施工過程中的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算。推力理論設(shè)計(jì)法首先驗(yàn)算基坑開挖過程中的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，然后考慮地下室結(jié)構(gòu)的支撐力再進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，即同時考慮開挖工況和使用工況下的結(jié)構(gòu)受力，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。

3 工程實(shí)例

擬建高層建筑物位于成都東部膨脹土地區(qū)，地上17層，地下2層，高52.5 m，總建筑約2.1×104m2，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，基坑開挖深度8.9 m，基坑壁土體主要為填土、黏土、粉質(zhì)黏土，基坑支護(hù)擬采用排樁支護(hù)。由于建筑場地局限性，排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)必須作為地下室外墻結(jié)構(gòu)使用，此基坑工程的設(shè)計(jì)采用了潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)法進(jìn)行，單考慮基坑開挖過程時，單根樁豎向縱筋配筋量As約8 100 mm2，采用傳統(tǒng)土壓力理論設(shè)計(jì)法計(jì)算出的單根樁豎向縱筋配筋量As約6 700 mm2，兩者相差約20%;當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)使用時地下室筏板及基礎(chǔ)梁的支撐力作用，排樁的配筋量將大大減少。錨固段長度比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法長約2 m，整體穩(wěn)定性安全系數(shù)采用1.35，安全儲備較高，計(jì)算結(jié)果得到了審圖單位專家的認(rèn)可，該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)可作為永久性結(jié)構(gòu)使用。

4 結(jié)論與建議

(1)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作為地下室外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算現(xiàn)行規(guī)范沒有明確給出計(jì)算方法，探討該永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算對工程建設(shè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義;(2)排樁支護(hù)作為地下室外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)采用的是土壓力理論設(shè)計(jì)方法，該法即是在傳統(tǒng)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上適當(dāng)加大配筋量;(3)本文提出了一種新型方法計(jì)算排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作為永久性工程的設(shè)計(jì)計(jì)算法，即潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)方法;(4)采用潛在滑坡推力理論設(shè)計(jì)永久性排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)比采用傳統(tǒng)的土壓力理論設(shè)計(jì)有明顯的優(yōu)勢。

［1］DZ/T 0219－2006滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］

［2］鐵道部第二勘測設(shè)計(jì)院.抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京:中國鐵道出版社，1985

［3］JGJ 120－99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］

［4］李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)例［M］.北京:人民交通出版社，2004