深基坑排桩锚杆支护与稳定计算

刘冒佚，周进

（1重庆市设计院，重庆400015；2重庆大学土木工程学院，重庆400045）

深基坑排桩锚杆支护与稳定计算

刘冒佚1，周进2

（1重庆市设计院，重庆400015；2重庆大学土木工程学院，重庆400045）

1 深基坑的发展及支护原理

为了节省土地，充分利用地下空间，地下建筑及隧道等工程大幅增加，而诸如地下室、地下商场、地下车库、地铁站等工程施工都会面临深基坑问题，而且基坑开挖越来越深，深基坑工程越来越多；同时，密集的建筑物，大深度基坑周围的复杂地下设施，都使得深基坑支护问题愈来愈重要[1][2]。对此，需要认识支护结构的特点，并根据现场条件和地质条件，选择合适的基坑支护方案。

深基坑支护结构的主要作用是用来承受坑壁土和水产生的水平压力。其技术原理是依靠支护结构进入坑地土层中部分的水平阻力(悬臂式支护)以及在支护结构上部的拉锚或支撑(锚拉式支护)来保护支护土壁的稳定，以保证在基坑挖土期间挡土、挡水，保证基坑开挖和基础(地下室)结构施工能安全、顺利进行[3]。

2 深基坑支护方案及土压力计算

以位于重庆渝北经济技术开发区的3栋33层框剪结构高层为例，其基础采用后压浆灌注桩，拟建场地地貌单元为骑马山山前冲积平原，地层为第四纪地层，主要为杂填土、粉土、粉质粘土及部分粉砂，场地地层分部较稳定；场地地下水属第四系孔隙潜水，静止水位埋深1.0m～1.2m，水位标高3.17m～3.60m。基坑周长约20×16m，最大开挖深度9m。基坑西侧距西二路28m，南侧距高层建筑物（桩基础）30m，东侧距5层建筑物（筏板基础）11m，北侧距4层建筑物距离15m。场地岩土工程地质条件如表1所示。

2.1 支护方案

根据该地区的地质条件及当地的工程经验决定采用钻孔灌注桩做排桩及排桩锚杆联合支护的模式，同时由于该工程周边地下水位较浅，所以在排桩外兼做深层搅拌桩作为止水帷幕。排桩锚杆支护模式具有施工简便，经济效益较好，对周围环境影响较小的优点[4]。排桩锚杆支护采用双轴水泥土搅拌桩，直径700㎜，桩间搭接200mm，采用42.5#普通硅酸盐水泥做固化剂，水灰比控制在0.5，水泥掺入比为18%（其中取r=19kN/m3,），止水帷幕沿基坑边布置双排，局部单排，内侧增加高压旋喷桩，高压旋喷桩径600㎜，桩间搭接200mm，采用42.5#普通硅酸盐水泥做固化剂，水灰比控制在1，水泥掺入比为30%（见图1）。

表1 场地岩土地质条件

图1 排桩支护方案简图

2.2 土压力计算

根据土压力计算采用朗肯土压力理论，矩形分布模式，粘土层采用水土合算，非粘土采用分算[5]。求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起及整体稳定性要求，各段的抗隆起、整体稳定性验算、位移计算详见点电算结果。

根据设计基坑排桩四周岩土的性质，结构面的分布形式，土层松散程度来定性该排桩是弹性桩。

β为桩的变形系数，以m-1计，按下式计算

式中，

m-水平方向地基系数随深度而变化的比例系数（kN/m4），Bp-桩的正面计算宽度（m），

E-桩混凝土的弹性模量（kPa），I-桩的截面惯性矩（m4），h2-滑动面以下桩的长度（m）。

计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。计算所得土压力系数如表2所示。

表2 土压力系数

土压力的计算结果如图2所示。

设计结果如图3所示。

图3 地表沉降图

3 排桩设计计算及稳定性验算

3.1 桩身尺寸及锚杆内力

排桩内侧与排桩外侧的内力采用弹性法和经典算法所得的最大内力如表3所示，根据以上所计算出的土压力值可以得出，基坑内侧允许最大弯矩111.81kN.m，基坑外侧允许最大弯矩48.01kN.m，最大剪力83.50kN。

表3 内力取值

锚杆参数及内力如表4和表5所示。

3.2 深基坑整体稳定验算

抗倾覆安全系数:

Mp——被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩,其中锚杆力由等值梁法求得；

Ma——主动土压力对桩底的弯矩；

Ks=1.579>=1.200,满足设计要求。

图2 土压力计算图（单位kPa）

4 结论

该文对深基坑支护结构的工作原理，支护系统以及常见的深基坑支护结构类型进行了总结。不同的支护类型适合于不同的条件，桩锚结构是在深基坑工程应用最广泛的，这基于它在深基坑支护中具有施工简便，经济效益较好，对周围环境影响较小的特点和优势。并在深基坑支护结构设计时依据不同的地基情况采用不同的地基抗力计算方法，并通过工程实例加以证明。

表4 锚杆参数

表5 锚杆内力

[1]刘俊岩.深基坑工程[M].北京:中国建筑工业出版社，2001：233

[2]秦惠民，叶政青.深基坑施工实例[M].北京:中国建筑工业出版社，1992：145-148

[3]陈肇元.土钉支护在深基坑工程中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社，1997：45

[4]司徒广.基础工程的降水[M].北京：中国建筑工业出版社，1993：102-105

[5]王士川,李惠民,胡长鸣,等.施工技术[M].冶金工业出版社,2003：176-181

责任编辑：李红

Pilesand anchor Supportof Deep Foundation Pitsand Stability Calculations

深基坑支护是基坑在较深空间下开挖，但空间限制不允许放坡而只能采用支护结构保护下进行垂直开挖的设计方法和施工技术。深基坑通过采用钻孔灌注桩做排桩及排桩锚杆联合支护的模式，并采用m法计算地基抗力，表明排桩支护在深基坑支护中具有施工简便，经济效益较好，对周围环境影响较小的特点。

深基坑；排桩支护；稳定计算

Deep foundation pits are p laced in deep underground and need to be excavated.But there is no enough room for slope or there are buildings, underground pipelines and roads nearby so only design and construction technology of vertical excavation under the protect of supporting structure works.The authorsmake row pilesby using cast-in-situ bored piles for this deep foundation pitand row pileswork w ith anchor support,and calculate foundation resistancebym(-)method.The resultshow s that row piles in deep foundation pitsupportareeasily hand led,efficient,and have little impact on the surrounding environment.

deep foundation pit;row piles;anchorsupport;stability calculation

TU 473

A

1671-9107（2012）06-0048-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.06.048

2012-05-07

作者介绍：刘冒佚（1985-），男，重庆荣昌人，学士，助理工程师，主要从事结构工程设计。