黃 榮

（四川省川建勘察設(shè)計院，四川 成都 610081）

前言。在深基坑支護工程中，邊坡的穩(wěn)定及變形控制的要求尤為重要。在支護結(jié)構(gòu)日臻完善的今天，同時也出現(xiàn)了許多新的支護結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定邊坡的方法。近10多年來在我國逐漸涉及的技術(shù)難題中包括深基坑支護的設(shè)計、施工、監(jiān)測技術(shù),而深基坑的護壁,不但要保證基坑內(nèi)正常作業(yè)安全,而且要防止基坑及坑外土體移動,保證基坑附近建筑物、道路、管線的正常運行。

1、工程概況。某建筑工程地上16層，地下2層，總高度為68.48m，總建筑面積為51818.38m2，其中地下室面積為 7721.88m2?；悠矫娉蔎型，基坑底周長約316.6m，底面積約4177.6m2，基坑底標(biāo)高為-7.6m。距基坑邊：東面約20m是公路，南面5～6m是某單位1#、3#職工住宅樓，西面約15m是民工宿舍，北面約50m是立交橋。

2、深基坑支護類型選擇。根據(jù)實際情況,經(jīng)比較采用鉆孔灌注樁作為擋土結(jié)構(gòu)較為安全和經(jīng)濟,由于基坑開采區(qū)主要為粘性土,它具有一定自穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的特性,因此護坡樁采用間隔式鋼筋混凝土鉆孔灌注樁擋土,土層錨桿支護的方案。擋土支護結(jié)構(gòu)布置如下:(1)護坡樁樁徑600mm,樁凈距1000mm;(2)土層錨桿一排作單支撐,端部在地面以下2.00mm,下傾18°,間距1.5m;(3)腰梁一道,位于坡頂下2.00m處,通過腰梁、錨桿對護坡樁進行拉結(jié);(4)樁間為粘性土,不作處理。

3、深基坑支護土壓力計算。深基坑支護是近些年來才發(fā)展起來的工程運用學(xué)科,新的完善的支護結(jié)構(gòu)上的土壓力理論還沒有正式提出,要精確地加以確定是不可能的。而且由于土的土質(zhì)比較復(fù)雜,土壓力的計算還與支護結(jié)構(gòu)的剛度和施工方法等有關(guān),要精確地確定也是比較困難的。所以土壓力的計算,仍然是簡化后按庫侖公式或朗肯公式進行。常用的公式為如下。

主動土壓力

式中,Eα為主動土壓力 (kN);γ為土的容重,采用加權(quán)平均值;H為擋土樁長(m);ф為土的內(nèi)摩擦角(°);C為土的內(nèi)聚力(kN)。

被動土壓力EP=1/2γt2KPCt

式中,EP為被動土壓力(kN);t為擋土樁的入土深度(m);KP為被動土壓力系數(shù),一般取K2=tg2(45°-ф/2)。

由于傳統(tǒng)理論存在一些不足,在工程運用時就必須作經(jīng)驗修正,以便在一定程度上能夠滿足工程上的使用要求,這也就是從以下幾個方面具體考慮:

3.1、土壓力參數(shù)?？辜魪姸戎笜?biāo)的測定方法有總應(yīng)力法和有效應(yīng)辦法,前者采用總應(yīng)力C、ф值和天然重度γ(或飽和容量)計算土壓力,并認為水壓力包括在內(nèi),后者采用有效應(yīng)力C、<及浮容量γ計算土壓力,另解水壓力,即是水土分算?？倯?yīng)辦法應(yīng)用方便,適用于不透水或弱透水的粘土層。有效應(yīng)力法應(yīng)用于砂層。

3.2、朗肯理論假定墻背與填土之間無摩擦力。這種假設(shè)造成計算主動土壓力偏大,而被動土壓力偏小。主動土壓力偏大則是偏安全的,而被動土壓力偏小則是偏危險的。因此采用庫侖理論中的被動土壓力系數(shù)擦角δ,克服了朗肯理論在此方面的假定?？梢郧蟮眯拚蟮腒P是KP={CosψDCosδ[KF)]-sin(ψo十 δ)sinψo}2式中是按等值內(nèi)摩擦角計算,對粘性土取фD=ф 是根據(jù)經(jīng)驗取值,δ 一般為1/3ф-2/3ф。

3.3、用等值內(nèi)摩擦角計算主動土壓力。在實踐中,對于坑深在10m內(nèi)的支護計算,把有粘聚力的主動土壓力Eα,計算式為:E=1/2CHtg2(45°-ф2)+2C2/γ。

用等值內(nèi)摩擦角時,按無粘性土三角形土壓力并入фo,E=1/2γH2tg(45°-ф/2),而E=E,由此可得 tg(45°-[SX 0фo/2=rH2tg2(45°-ψ/2)-4CHtg(45°-ψ/2)+4C2/r2rH2。

3.4、深基坑開挖的空間效應(yīng)?；拥幕瑒用媸艿较噜忂叺闹萍s影響,在中線的土壓力最大,而造近兩邊的壓力則小,利用這種空間效應(yīng),可以在兩邊折減樁數(shù)或減少配筋量。

3.5、重視場內(nèi)外水的問題。注意降排水,因為土中含水量增加,抗剪強度降低,水分在較大土粒表面形成潤滑劑,使摩擦力降低,而較小顆粒結(jié)合水膜變厚,降低了土的內(nèi)聚力,其中暴雨后土內(nèi)水分劇增后導(dǎo)致的失穩(wěn)就是主要原因之一。

綜上所述,結(jié)場地地質(zhì)資料以及所選擇的基坑支護形成,水壓力和土壓力可分別按以下方式計算:

(1)水壓力:因支護樁所處地層主要為粘性土層,且為硬塑中密狀態(tài),另開挖前已作降水處理,故認為此壓力采用水土合算是可行的。

(2)土壓力:樁后主動土壓力,采用朗肯主動土壓力計算,即Eα=1/2γH2tg2(45°-ф/2)-2CHtg(45°-ф/2)+2C2/γ樁前被動土壓力,采用修正后的朗肯被動土壓力計算,即EP=1/2γt2KP+2KP。

式中,KP=[cosψcosδ-sin(ψ+δ)sinψ]2。

4、護坡樁的設(shè)計。根據(jù)地質(zhì)報告反映及周圍建筑物的現(xiàn)狀,該工程采取了支護結(jié)構(gòu)主要采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加斜土錨的設(shè)計方案,樁的直徑為600mm,樁間凈距為1000mm?？紤]基坑附近建筑屋的影響,還有公路上機車等動截荷的影響,支護設(shè)計時,筆者參照部分支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)情形,取地面均布載荷q=40KN/m。

4.1、樁上側(cè)土壓力

(1)樁后側(cè)主動土壓力,因為樁后土為三層(雜添土、粘土、粉粘土)所以計算時采用加權(quán)平均 值 的 C、<、γ,ф=21.32, 得 :Eα=4.7H2-2.76H+108.49;(2)樁前側(cè)被動土壓力:因為樁前側(cè)土為兩層(粘土層、粉質(zhì)粘土層),所以計算時應(yīng)采用加權(quán)平均值的C′、<′、γ′,得:EP=33.89676t2+104.5t;(3)均布載荷對樁的側(cè)壓力:由公式 Eq=qKaH,得:Eq=18.672H。

4.2、樁插入深度確定。計算前須作如下假設(shè):(1)錨固點A無移動;(2)灌柱樁埋在地下無移動;(3)自由端因較淺不作固定端,按地下簡支計算。

4.2.1、建立方程。對鉸點(錨固點)A求矩,則必須滿足:ΣMA=0所以有1KEP(23t+h-a)=Eq[23(h+t)-a]+Ep(h+t2-α)q

式中,K為安全系數(shù),取2,

得:8.31t3+82.97t2-138.75t=114.12。

4.2.2、插入深度及柱長計算。根據(jù)實際情況t取最小正解;t=1.99m。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》及綜合地質(zhì)資料,取安全系數(shù)為1.2,所以樁的總長度為12.4m。

4.3、錨拉力的計算。由于樁長已求出,對整個樁而言,由于力平衡原理可以求出的錨拉力,ΣFA=0,即:Eα+Eq=Ep+TA,取t=1.99解得:TA=194.35KN。

5、土層錨定設(shè)計。錨固點埋深α=2m,錨桿水平間距1.6m,錨桿傾角18°,這是因為考慮到:(1)基坑附近有環(huán)城南路和建筑物的存在,傾角小,錨桿的握裹力易滿足;(2)支護所在粘土層較厚,并且均一,可作為錨定區(qū);(3)粘土層的下履層(粉質(zhì)粘土層、粉砂層、圓礫層)都是飽水且較薄。土層錨桿錨固端所在的粘土層:c=47.7kpψ=20.72°r=20.13kN/m2。

5.1、土層錨桿錨非固端段長度的確定。

由三角關(guān)系有:BF=sin(45°-ф/2)/sin(45°-ф/2+a)o(H-a-d),代入數(shù)據(jù)計算得:BF=5.06m。

5.2、土層錨桿錨段長度的確定:。該土層錨桿采用非高壓灌漿,則主體抗壓強度按下面公式計算r=C+(1/2)rhtgψ式中,r為埋深h處的抗剪強度;K為安全系數(shù)1.5;d為錨桿孔徑,取0.12m;錨固段長度L=17.98m。

結(jié)語。深基坑支護工程隨著城市高層建筑的發(fā)展將越來越普遍,它也是一門發(fā)展的新的實踐工程學(xué),還有待于理論上的完善,如何取一種在經(jīng)濟技術(shù)上都合理的支護類型就必須充分考慮現(xiàn)場環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及工程要求。

[1]最新深基坑支護工程設(shè)計施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實施手冊,1999.

[2]陳忠漢.地基基礎(chǔ)設(shè)計與施工叢書-深基坑工程.北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[3]深基坑支護工程實例.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.