长春赛德购物中心基坑工程设计研究

2014-06-01

中国新技术新产品 2014年1期

关键词：土钉长春安全系数

（长春建筑学院，吉林长春 130000）

长春赛德购物中心基坑工程设计研究

董晓琳

（长春建筑学院，吉林长春 130000）

论文以长春市赛的购物中心基坑工程为研究案例，在分析各类支护结构特点的基础上，针对具体的工程条件和场地工程地质条件，寻求适用于本工程施工的的基坑支护方案，并进行了支护结构的详细设计计算、稳定性分析。

基坑；稳定性；变形分析

1 前言

为了保护城市基坑工程周围环境的要求，基坑工程的设计应从传统的强度控制设计转变为变形控制设计，基坑的设计与施工必须密切结合，采用考虑时空效应的基坑施工方法，基坑工程的主动土压力不是固定不变的，而是变化的。为了准确预测和计算基坑的变形，必须重视工程实践，提倡利用现场测试的资料来反分析基坑设计所需要的计算参数。

2 工程概况

本文研究的场地位于长春市东部经济技术开发区赛德广场东北角，场区地势较为平坦，标高在199.1-200.97，高差1.87米。周边环境如图1所示。

3 支护设计

3.1 支护方案的选择

在选择支护类型的时候，应该根据工程规模、主体工程特点、场地条件、环境保护要求、岩土工程勘察资料、土方开挖方法以及地区工程经验等因素。经综合分析比较在确保安全可靠的前提下，选择切实可行、经济合理的方案。

综合以上方面，对基坑支护类型选择进行如下分析：

本基坑周边环境是两面临路，两面临建筑物，临路的两面距路的距离较大，但因施工材料堆放与施工场地需要，还不能选择放坡开挖；在临建筑物的北侧，距离较大，因有一条小马路和修建施工宿舍，因此也不能放边开挖；临建筑物的东侧，因距建筑物只有5米左右，因此不能放坡开挖。

基坑开挖深度10米，且土层强度比较高，可选择悬臂桩、单支点桩锚，土钉墙进行支护。据长春市基坑支护的经验，悬臂桩、单支点桩锚支护造价与工期都高于土钉墙支护，因此可选择土钉墙支护方法。

因基坑东侧距建筑物近，为保障基坑的安全，采用复合土钉墙支护，因基坑开挖深度不大，可采用一层锚杆与钉的组合。另外为保障北侧建筑物与小马路和临时宿舍的安全也采用复合土钉墙支护。

3.2 支护结构的设计

基坑北侧和东侧因有建筑物且距离较近，为保证基坑变形的需要，采用复合土钉墙支护，第三排采用锚杆，锚杆长度18m，第一排第二排和第四排土钉长度为13m，第五、六、七排分别为8m。锚杆总计290根，13m长土钉总计1160根，8m长土钉总计870根。设计平面与剖面图如图2与图3所示：

3.3 复合土钉墙稳定性分析

图2 土钉支护结构布钉图

3.3.1 内部稳定性

（1）内部整体稳定性分析

采用力矩极限平衡法，如图4所示。上图稳定安全系数见公式（1）：

图3 土钉支护结构剖面图

图4 土钉稳定分析图

式（1）中：Ks——整体稳定性安全系数；Wi——i分条的自重（kN/m）；Ci、 φi——i分条的滑裂面处土的粘聚力（kPa）和内摩擦角（°）；αi——i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角（°）；θi——土钉与水平面之间的夹角（°）；Li——i分条滑裂面处弧长（m）；Tui——第i各土锚顶滑裂面处的抗拔力（kN）。

上式中的Ks=1.81大于[Ks]，即容许稳定安全系数，一般为1.5，满足要求。

（2）土钉抗拔力安全系数见公式（2）

图5 土钉墙抗滑抗倾覆计算模型

式中： KOi——第i个土钉抗拔安全系数；Tui——第i个土钉滑裂面抗拔力；Ti——第i个土钉处的土压力；iθ——第i个土钉与水平面的夹角。可见，计算结果满足安全要求。

3.3.2 土钉墙外部稳定性分析

（1）抗滑动稳定计算

密集的土钉组成的复合土体，可将其视为重力式挡土墙。从试验得出，破坏时明显地带平移和转动性质，因此除内部安全稳定外，尚须验算：抗滑动稳定及抗倾覆性稳定。

如图5计算模型:

抗滑安全系数为：

式中KH——抗滑动稳定安全系数；Eax——墙后主动土压力（kN）；Fi——假设墙底断面上产生的抗滑合力（kN）。

公式中：

满足安全要求。

（2）抗倾覆稳定性验算

设MW为抗倾覆力矩，则

设MO为倾覆力矩则

式中：W—墙土的重量（rHB）；Sx—土钉的水平距（m）；B—墙体的宽度（m）；

安全系数

满足安全要求。

4 土钉变形分析

实测表明，沿高度上下分布的土钉，在使用状态的最大内力相差很大，一般为中间大，而上部和底部都偏小，所以中部土钉所起作用较大。但是顶部土钉对于限制地表变形非常重要。如果顶部土钉较短，则在土钉尾部或尾部以外的地表上容易出现较大变形，出现裂缝，这对土钉墙的强度和稳定性可能影响不大，但会使支护结构的水平位移增大，所以当基坑附近有建筑物或地下管线时，上部土钉需加长一些。如果基坑到中下部土层强度高，滑动面可能不穿过下部土层，底部土钉可短一些（当土层特别好时，可不设置土钉）；反之底部土钉不宜过短，因为有可能发生基底深部滑动失稳等问题。