鄭州市某基坑樁錨支護設(shè)計

賀桂樺 蘇東坡

(1.華北水利水電大學,河南 鄭州 450045; 2.洛陽禹興水利工程質(zhì)量檢測有限公司,河南 洛陽 471000)

鄭州市某基坑樁錨支護設(shè)計

賀桂樺1蘇東坡2

(1.華北水利水電大學,河南 鄭州 450045; 2.洛陽禹興水利工程質(zhì)量檢測有限公司,河南 洛陽 471000)

以鄭州市某深基坑工程為依托，系統(tǒng)地闡述了深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本理論、設(shè)計原則、計算方法，經(jīng)計算確定了支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，包括：樁的最小入土深度，樁身最大彎矩，樁身配筋，錨索長度及間距，設(shè)計結(jié)果通過了整體滑移失穩(wěn)驗算，抗隆起驗算以及理正驗算，證明支護結(jié)構(gòu)設(shè)計安全合理。

基坑支護,樁錨支護,樁,錨索,抗隆起

隨著城市建設(shè)的立體化、交通的高速化以及居住環(huán)境的現(xiàn)代化，對城市三維空間的開發(fā)及利用成為城市建設(shè)的重要工作。具體表現(xiàn)為城市建筑的高層化趨勢和各種功能設(shè)施的地下化趨勢，這兩者的發(fā)展都需要以深基坑工程技術(shù)為依托。目前,我國城市基坑工程正呈現(xiàn)出不斷加深和擴大的趨勢，深基坑工程支護設(shè)計得到了更為普遍的關(guān)注[1]。

1 工程概況

擬建工程場地為拆遷場地，形狀不規(guī)則，擬建建筑物為3幢高層住宅樓及三層整體地下車庫。該工程基坑平面大致呈三角形，基坑東西長約290 m，西側(cè)最寬部位約101.6 m，東部最窄部位約20 m，基坑底設(shè)計標高為-15.5 m，開挖深度在自然地面以下15.0 m。本工程重要性等級為二級，場地屬中等復雜場地，地基為中等復雜地基，巖土工程勘察等級為乙級，擬建建筑物的抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類[2]。

場地位于黃河沖積平原，均為第四系松散堆積物覆蓋，地質(zhì)構(gòu)造較簡單，無較大斜坡地段，無活動斷裂與活動地裂縫通過，亦無發(fā)現(xiàn)對工程不利的地下埋藏物。初步判定該場地適宜建筑。場地地下水屬第四紀孔隙潛水，水位受周邊基坑降水的影響。勘察期間實測地下水，初見水位位于自然地面下18.5 m左右，穩(wěn)定水位位于地表下18.2 m～19.5 m左右，主要補給來源為大氣降水，主要排泄為地下徑流。按照目前的地下水位埋深，基坑開挖和基礎(chǔ)施工不需要考慮地下水的影響，基坑開挖期間不需要降水。

2 支護結(jié)構(gòu)初步設(shè)計

該工程基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級取為一級，安全重要性系數(shù)r=1.1。

綜合考慮本基坑正常使用的安全等級、施工荷載影響、施工難易程度、工程造價以及地下管線正常使用情況等，結(jié)合基坑周邊環(huán)境情況及該基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級，最終確定該基坑采用“樁+錨索”的支護結(jié)構(gòu)[3，4]。計算剖面選擇1—1剖面，具體位置如圖1所示。根據(jù)基坑周邊環(huán)境，地面超載取25 kPa，荷載類型為均布荷載。

初步設(shè)計樁頂標高定為-0.5 m,采用樁徑為800 mm的鋼筋混凝土灌注樁，C30混凝土，HRB400鋼筋，樁心距設(shè)置為1.6 m。樁頂冠梁寬900 mm，高600 mm。初步設(shè)計采用7φ5鋼絞線錨索，預應力強度標準值fptk=1 570 N/mm2，A=138 m2,設(shè)置四排錨索，設(shè)計標高分別為-3.5 m，-6.0 m，-10.0 m，-13.0 m。選用直徑為150 mm的錨索，按15°的傾角、1.6 m的水平間距布置。灌入水泥漿水灰比為0.5。支護體系如圖2所示。

3 支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算

3.1參數(shù)計算

計算結(jié)果見表1。

表1 土壓力系數(shù)

3.2剪力計算

分五步進行施工開挖。

1)第一步基坑開挖至B點下0.5 m處，在第一層錨索施工之前，此時樁墻處于懸臂狀態(tài)，按懸臂支護結(jié)構(gòu)計算。由于開挖深度不大，不進行計算。

2)第二步、第三步、第四步、第五步分別開挖至C點、D點、E點、F點的下方0.5 m處，開挖深度分別為h=6 m,h=9.5 m，h=13 m，h=15 m，依次計算出RB,RC,RD,RE。其中第五步施工計算簡圖如圖3所示。

經(jīng)計算得出：RB=69 kN/m；RC=132.11 kN/m；RD=200.06 kN/m；RE=264.42 kN/m。

零點處的剪力計算，得：

Q=238.25 kN/m

(1)

3.3樁的設(shè)計計算

樁的最小入土深度為：

(2)

樁長為：

L=15+9.274=24.274 m

(3)

取為L=24.5 m。

由于樁身所受土壓力分布較為復雜，既非均布荷載又非集中荷載，而為線性力，需采用結(jié)構(gòu)力學求解器進行計算，結(jié)果如圖4所示，Mmax=460.62 kN·m。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》(高等教育出版社)可得：h0=h-70，fc=14.3 N/mm2，fy=360 N/mm2，εb=0.517 6，由此可以求出AS=3 187 mm2，選取7根直徑25 mm的HRB400的鋼筋(AS=3 436 mm2)。

樁身采取均勻配筋，受壓區(qū)采用與受拉區(qū)同樣的配筋，則整個樁身截面選取14根直徑25 mm的HRB400的鋼筋。

3.4錨索的設(shè)計計算

基坑深度為15 m，樁總長度L=24.5 m，樁入土深度9.5 m。土壓力的零點位置位于基坑底部下1.665 m處。采用7φ5的鋼絞線，設(shè)置四層錨索，按照15°的傾角(與水平面的夾角)，1.6 m的水平間距布置。

L1=Lf1+La1=9+9=18 m；L2=22 m；L3=25 m；L4=23 m。

其中：

(4)

(5)

A1=162.66 mm2；A2=311.43 mm2；A3=451.61 mm2；A4=550.35 mm2。

其中：

(6)

第一排及第二排錨索均采用3×7φ5鋼絞線，其實際A=414 mm2，均可滿足要求；

第三排及第四排錨索均采用4×7φ5鋼絞線，其實際A=552 mm2，均可滿足要求。

4 基坑設(shè)計穩(wěn)定性分析

本基坑圍護樁插入的設(shè)計深度較大，錨索設(shè)計較長且較密，根據(jù)經(jīng)驗可不驗算邊坡整體穩(wěn)定性[5,6]。

如果基坑底面以下地基的承載力小于支護結(jié)構(gòu)背后的土體重量，會導致發(fā)生坑底隆起、坑壁土流動、坑頂下陷等現(xiàn)象，因此需對地基是否會發(fā)生隆起現(xiàn)象進行驗算。

驗算得：Kb=3.404>1.8，滿足規(guī)范要求；隆起量δ=0 mm(計算得負值，記為零)。

其中：

(7)

(8)

通過理正軟件進行驗算，得到以下結(jié)果：

抗傾覆穩(wěn)定性驗算：Ks=1.793≥1.200,滿足規(guī)范要求。

抗隆起驗算：Prandtl(普朗德爾)公式Ks=3.234≥1.1，滿足規(guī)范要求。

Terzaghi(太沙基)公式Ks=3.787≥1.15，滿足規(guī)范要求。

隆起量的計算：δ=0 mm。

驗算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論與建議

本工程基坑支護設(shè)計采用樁錨支護，設(shè)置四排錨索，其設(shè)計標高分別為-3.5 m，-6.0 m，-10.0 m，-13.0 m。采用7φ5鋼絞線，其長度分別為18 m，21.6 m，25 m，23 m，其中錨固段長依次為9.0 m，16.0 m，20.0 m，18.0 m。錨索灌入水泥漿水灰比為0.5，成孔直徑為150 mm，按1.6 m水平間距、傾角15°布置。采用寬900 mm，高600 mm的樁頂冠梁。采用樁徑為800 mm的鋼筋混凝土灌注樁，其中混凝土強度等級C30，鋼筋為HRB400，按樁心距1.6 m布置。

本設(shè)計是在有限的資料下做出的，勘察報告不可能完全反映整個場地的地質(zhì)情況，因此在施工期間應根據(jù)現(xiàn)場具體情況，及時反饋交流。建議施工過程實時監(jiān)測，如遇異常情況，可根據(jù)需要對施工方案進行適當調(diào)整。

[1] 薛麗影,楊文生,李榮年.深基坑工程事故原因的分析與探討[J].巖土工程學報,2013,35(S1):468-473.

[2] 河南豫中地質(zhì)勘察工程公司.鄭州市某基坑巖土工程勘察報告[R].2013.

[3] 黃 濤,段晨輝,姜鳳飛.復雜環(huán)境下深大基坑支護工程設(shè)計實例[J].巖土工程學報,2014(S1):86-90.

[4] 張玉成,楊光華,胡海英,等.多種支護型式在超大深基坑工程設(shè)計中的組合應用[J].巖土工程學報，2014(S2):198-204.

[5] 黃志全,李 宣,王安明,等.鄭州市某建筑深基坑監(jiān)測[J].華北水利水電大學學報(自然科學版),2014(1):51-55.

[6] 王 超,朱 勇,張強勇,等.深基坑樁錨支護體系的監(jiān)測分析與穩(wěn)定性評價[J].巖石力學與工程學報，2014(S1)：2918-2923.

ThedesignofpileanchorsupportingstructureforafoundationpitinZhengzhou

HeGuihua1SuDongpo2

(1.NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower,Zhengzhou450045,China; 2.LuoyangYuxingWaterConservancyEngineeringQualityTestingCo.,Ltd,Luoyang471000,China)

Based on a deep foundation pit project in Zhengzhou City, this paper systematically expounds the basic theory, design principle and calculation method of deep foundation pit support structure design. The design parameters of the support structure are determined by calculation, including the minimum depth of the pile, the maximum bending moment of the pile, the reinforcement of the pile, the length and spacing of the anchor. The design results are analyzed by the overall slip instability calculation, the anti-uplift check and the checkout, which proves that the supporting structure is safe and reasonable.

foundation pit supporting, anchor supporting, pile, anchor cable, anti uplift

TU473

A

1009-6825(2017)27-0070-03

2017-07-15

賀桂樺(1994- )，女，在讀碩士