深基坑桩锚支护结构稳定性计算与分析

李玉潇 蔡 婧

(安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

桩锚支护技术最先应用于矿山巷道中[1-3]，1911年，桩锚支护技术在美国的Friedens煤矿巷道顶板施工中首次被应用[4]，而锚杆支护技术于1918年传入我国并应用于西安矿山[5]建设中。由于当时经济实力落后，该技术推广到高层结构基础建筑和地下深基坑建设中就相对较晚。直到改革开放后，我国经济不断发展，深基坑锚杆支护技术才得到迅速普及。随着城市化进程的加快，人口集中化越来越严重，地上空间也越来越拥挤，这使得我们不得不考虑地下空间的开发，如地铁的应用[6,7]，人防工程[8-10]等，故地下空间的发展将是未来城市发展的必然趋势。在开拓城市地下空间的同时，伴随着基坑开挖深度的加深，开挖难度不断增加，加之基坑周围环境的复杂性[11,12]，对深基坑支护技术的要求也越来越高，给岩土工程的发展带来了诸多挑战，值得进行深入而有效的探讨。

1 工程概况

某房地产公司准备在安徽新建一个1-2号地块工程，此楼1栋为35层办公楼(楼层高度为138.45 m)，1栋为28层公寓楼(楼层高度为98 m)，部分4层，5层商业用房及4层地下室。

1.1 工程地质条件

现场地质土层共分为7层，主要为：①杂填土；②粉质黏土；③粉土；④粉质黏土；⑤全风化混合花岗岩；⑥强风化混合花岗岩；⑦中等风化混合花岗岩。

1.2 地下水概况

第一层为上层滞水，来自地表水和降雨水的泄露，分布于杂填土与粉质黏土中。第二层为承压水，来源于流动的地下水，分布于粉土中。第三层为基岩裂隙水，分布于混合花岗岩中。

2 深基坑支护方案

2.1 深基坑支护特点

1)区域性。2)综合性。3)时空效应。

2.2 基坑支护方式

1)地下连续墙支护。地下连续墙施工工艺为：挖槽→泥浆护壁→清槽→下放钢筋笼→浇筑混凝土。具有防水、防渗、承重等功能。2)土钉墙支护。土钉墙支护施工工艺为：钻孔→打入土钉→挂钢筋网面→喷射混凝土。具有承受边坡超载和提升边坡整体稳定性的能力。3)钻孔灌注桩支护。钻孔灌注桩施工工艺为：钻孔→泥浆护壁→清孔→下放钢筋笼→浇筑混凝土。具有噪声小，覆盖面积广等优点，但缺点有止水性差，成孔慢，耗时，污染大等。4)钢板桩支护。钢板桩支护施工工艺为：挖槽→下放定制的带有锁口或钳口的热轧型钢。具有连续性，耐久性，造价低，可反复使用等优点，缺点是挡水和过滤微尘的作用弱，施工要求较高。

2.3 深基坑桩锚支护的选择

本工程开挖深度约为地平面下深14 m，安全等级为一级。根据施工现场环境和地质条件，初定选用地下连续墙支护。但因其费用较高，施工较复杂，废弃的泥浆难处理等问题，最终选用钻孔灌注桩加内支撑的支护方式。

3 稳定性计算与分析

3.1 支护参数

土层参数见表1。

3.2 各工况情况

工况1：开挖至9.4 m；工况2：内撑支护；工况3：开挖至13 m；工况4：内撑支护；工况5：开挖至16.6 m；工况6：内撑支护；工况7：开挖至18.6 m。

3.3 整体稳定性计算

表1 土层参数

本文选择用瑞典条分法来对基坑土体整体滑动进行验算，验算简图如图1所示。

由图1可知，采用有效应力法来分析应力状态，其土条宽度为1 m，滑裂面圆心坐标为(-1.658,19.630)，圆弧半径为23.671 m，整体稳定安全系数为Ks=1.920。

3.4 抗倾覆稳定性计算

(1)

其中，MP为被动土压力和支点力对桩的底部的抗倾覆弯矩；Ma为主动土压力对于桩底的倾覆弯矩。各个工况的计算结果如表2所示。

表2 不同工况验算

由表2可知工况5的安全系数最小且Ks=2.483>1.250，稳定性较好。

3.5 抗隆起验算

为了避免基坑隆起现象的发生需对其进行抗隆起验算。

(2)

(3)

(4)

(5)

由式(2)可得桩锚支护结构的抗隆起安全系数Ks=6.310>1.800=Khe，由式(5)圆弧条分法可得基坑底部的抗隆起安全系数Ks=2.316>2.200=KRL，故该基坑抗隆起稳定性满足要求。

4 结语

本文以安徽某房地产基坑工程为例，对其桩锚支护结构的稳定性进行分析得出：该基坑的整体稳定性安全系数为1.920，最小抗倾覆稳定性安全系数为2.483，抗隆起稳定性安全系数为6.310，均满足设计要求。