深基坑支护设计.rtf

深基坑支护设计浅探 深基坑支护的设计、施工、监测技术是近10 多年来在我国逐渐涉及的技术难题。深基坑 的护 壁，不仅要求保证基坑内正常作业安全， 而且要防止基坑及坑外土体移动，保证基坑 附近建 筑物、道路、管线的正常运行。各地 通过工程实践与科研，在基坑支护理论与技 术上都有了 进一步的发展，取得了可喜的成 绩。 1.深基坑支护类型选择 深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，而且 要满足变形控制要求，以确保基坑周围的建 筑物 、地下管线、道路等的安全。如今支护 结构日臻完善，出现了许多新的支护结构形 式与稳定 边坡的方法。 根据本地区实际情况，经比较采用钻孔灌注 桩作为挡土结构，由于基坑开采区主要为粘 性土 ，它具有一定自稳定结构的特性，因此 护坡桩采用间隔式钢筋混凝土钻孔灌注桩挡 土，土层 锚杆支护的方案，挡土支护结构布 置如下：(1)护坡桩桩径600mm，桩净距1000m m；(2)土层 锚杆一排作单支撑，端部在地面 以下2.00mm，下倾18，间距1.6m；(3)腰梁 一道，位于坡 顶下2.00m处，通过腰梁，锚 杆对护坡桩进行拉结；(4)桩间为粘性土不作 处理。 2.深基坑支护土压力 深基坑支护是近些年来才发展起来的工程运 用学科，新的完善的支护结构上的土压力理 论还 没有正式提出，要精确地加以确定是不 可能的。而且由于土的土质比较复杂，土压 力的计算 还与支护结构的刚度和施工方法等 有关，要精确地确定也是比较困难的。目前， 土压力的计 算，仍然是简化后按库仑公式或 朗肯公式进行。常用的公式为： 主动土压力： E=1/2H2tg2(45-/2)-2CHtg(45-/2)+2C 2/ 工中：E主动土压力(KN)，土的容 重，采用加权平均值。H挡土桩长(m) 。 土的内摩擦角()。C土的内聚力 (KN)。 被动土压力：EP=1/2t2KPCt 式中：EP被动土压力(KN)，t挡土桩 的入土深度(m)，KP被动土压力系数， 一般取K2=tg2(45-/2)。 由于传统理论存在达些不足，在工程运用时 就必须作经验修正，以便在一定程度上能够 满足 工程上的使用要求，这也就是从以下几 个方面具体考虑： 2.1.土压力参数：尤其抗剪强度C/的取值 问题。抗剪强度指标的测定方法有总应力法 和有 效应办法，前者采用总应力C、值和 天然重度(或饱和容量)计算土压力，并认为 水压力 包括在内，后者采用有效应力C、 及浮容量计算土压力，另解水压力，即是水 土分算。 总应办法应用方便，适用于不透水 或弱透水的粘土层。有效应力法应用于砂层。 2.2.朗肯理论假定墙背与填土之间无摩擦力。 这种假设造成计算主动土压力偏大，而被动 土 压力偏小。主动土压力偏大则是偏安全的， 而被动土压力偏小则是偏危险的。针对这一 情况 ，在计算被动土压力时，采用修正后的 被动土压力系数KP，因为库仑理论计算被动 土压力 偏大。因此采用库仑理论中的被动土 压力系数擦角，克服了朗肯理论在此方面的 假定。可 以求得修正后的KP是：KP=Cos DCosKF)-Sin(o+ )Sino2 式中是按等值内摩擦角计算，对粘性土取D =是根据经验取值，一般为1/3-2/3 。 2.3.用等值内摩擦角计算主动土压力。在实 践中，对于抗深在10m内的支护计算，把有粘 聚 力的主动土压力E，计算式为：E=1/2CHt g2(45-/2)+2C2/。 用等值内摩擦角时，按无粘性土三角形土压 力并入o，E=1/2H2tg(45-/ 2)，而E=E由 此可得：tg(45-SX(o2= rH2tg2(45-/ 2)-4CHtg(45-/2)+4C2/r2rH2 2.4.深基坑开挖的空间效应。基坑的滑动面 受到相邻边的制约影响，在中线的土压力最 大， 而造近两边的压力则小，利用这种空间 效应，可以在两边折减桩数或减少配筋量。 2.5.重视场内外水的问题。注意降排水，因 为土中含水量增加，抗剪强度降低，水分在 较大 土粒表面形成润滑剂，使摩擦力降低， 而较小颗粒结合水膜变厚，降低了土的内聚 力。 综上所述，结合本场地地质资料以及所选择 的基抗支护形成，水压力和土压力分别按以 下方 式计算： 2.5.1.水压力：因支护桩所处地层主要为粘 性土层，且为硬塑中密状态，另开挖前已作 降水 处理，故认为此压力采用水土合算是可 行的。 2.5.2.土压力：桩后主动土压力，采用朗肯 主动土压力计算，即：E=1/2H2tg2(4 5- /2)-2CHtg(45-/2)+2C2/ 桩前被动土压力，采用修正后的朗肯被动土 压力计算，即：EP1/2t2KP+2KP Ct。 式中：KPCosCos-Sin(+)Sin 2 3.护坡桩的设计 该工程支护结构主要采用钢筋混凝土钻孔灌 注桩加斜土锚的设计方案，桩的直径为600mm， 桩间净距为1000mm。考虑基坑附近建筑屋的 影响，还有环城南路上机车等动截荷的影响， 支 护设计时，笔者参照部分支护结构设计的 相关情形取地面均布载荷q=40KN/m，其他结 构及土 的工程地质概况见下图： 3.1.桩上侧土压力：桩后侧主动土压力， 因为桩后土为三层(杂添土、粘土、粉粘土) 所以 计算时采用加权平均值的C、， =21.32，得：E=4.7H2-2.76H+108.49； 桩 前侧被动土压力：因为桩前侧土为两层 (粘土层、粉质粘土层)，所以计算时应采用 加权平均 值的C、，得：EP33. 89676t2+104.5t；均布载荷对桩的侧压力： 由公 式EqqKaH，得：Eq=18.672H。 3.2.桩插入深度确定：计算前须作如下假设： (1)锚固点A无移动；(2)灌注桩埋在地下无移 动；(3)自由端因较浅不作固定端，按地下简 支计算。 3.2.1.建立方程：对铰点(锚固点)A求矩，则 必须满足：MA=0 所以有：1KEP(23t+h-a)=Eq23 (h+t)-a+ Ep(h+t2-)q 式中：K为安全系数，取2，得：8.31t3+82.9 7t2-138.75t=114.12 3.2.2.插入深度及柱长计算：根据实际情况t 取最小正解；t=1.99m。 根据建筑结构设计手册及综合地质资料， 取安全系数为1.2，所以桩的总长度为：L=h+ 1 .5t=8.5+1.21.99=12.4(m) 3.3.锚拉力的计算：由于桩长已求出，对整 个桩而言，由于力平衡原理可以求出A点的锚 拉 力，FA=0，即：E+Eq=Ep+TA，取t=1. 99解得：TA=194.35(KN) 4.土层锚定设计 锚固点埋深=2m，锚杆水平间距1.6m，锚杆 倾角18，这是因为考虑到：(1)基坑附近有 环 城南路和建筑物的存在，倾角小，锚杆的 握裹力易满足；(2)支护所在粘土层较厚，并 且均 一，可作为锚定区；(3)粘土层的下履 层(粉质粘土层、粉砂层、圆砾层)都是饱水 且较薄。 4.1.土层锚杆抗拔计算：土层锚杆锚固端所 在的粘土层：c=47.7kp=20.72r=20 .13kN/ m2 4.1.1.土层锚杆锚非固端段长度的确定，如图 所示： 由三角关系有：BF=sin(45-/2)/sin(45- /2+a)(H-a-d)代入数据计算得：BF=5.06 m 4.1.2.土层锚杆锚段长度的确定：该土层锚 杆采用非高压灌浆，则主体抗压强度按下面 公式 计算：r=C+(1/2)rhtg。式中：r 埋深h处的抗剪强度，K安全系数1.5，d 锚杆 孔径，取0.12m，锚固段长度L=17. 98m 5.结论 深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层 建筑发展而发展的一门新的实践工程学，它 还有 待于理论上的完善，如何取一种在经济 技术上都合理的支护类型就必须充分考虑现 场环境、 工程地质条件以及工程要求。