鄭州市某基坑樁錨支護設計

賀桂樺 蘇東坡

(1.華北水利水電大學,河南 鄭州 450045; 2.洛陽禹興水利工程質量檢測有限公司,河南 洛陽 471000)

鄭州市某基坑樁錨支護設計

賀桂樺1蘇東坡2

(1.華北水利水電大學,河南 鄭州 450045; 2.洛陽禹興水利工程質量檢測有限公司,河南 洛陽 471000)

以鄭州市某深基坑工程為依托，系統地闡述了深基坑支護結構設計的基本理論、設計原則、計算方法，經計算確定了支護結構的設計參數，包括：樁的最小入土深度，樁身最大彎矩，樁身配筋，錨索長度及間距，設計結果通過了整體滑移失穩驗算，抗隆起驗算以及理正驗算，證明支護結構設計安全合理。

基坑支護,樁錨支護,樁,錨索,抗隆起

隨著城市建設的立體化、交通的高速化以及居住環境的現代化，對城市三維空間的開發及利用成為城市建設的重要工作。具體表現為城市建筑的高層化趨勢和各種功能設施的地下化趨勢，這兩者的發展都需要以深基坑工程技術為依托。目前,我國城市基坑工程正呈現出不斷加深和擴大的趨勢，深基坑工程支護設計得到了更為普遍的關注[1]。

1 工程概況

擬建工程場地為拆遷場地，形狀不規則，擬建建筑物為3幢高層住宅樓及三層整體地下車庫。該工程基坑平面大致呈三角形，基坑東西長約290 m，西側最寬部位約101.6 m，東部最窄部位約20 m，基坑底設計標高為-15.5 m，開挖深度在自然地面以下15.0 m。本工程重要性等級為二級，場地屬中等復雜場地，地基為中等復雜地基，巖土工程勘察等級為乙級，擬建建筑物的抗震設防類別為標準設防類[2]。

場地位于黃河沖積平原，均為第四系松散堆積物覆蓋，地質構造較簡單，無較大斜坡地段，無活動斷裂與活動地裂縫通過，亦無發現對工程不利的地下埋藏物。初步判定該場地適宜建筑。場地地下水屬第四紀孔隙潛水，水位受周邊基坑降水的影響?？辈炱陂g實測地下水，初見水位位于自然地面下18.5 m左右，穩定水位位于地表下18.2 m～19.5 m左右，主要補給來源為大氣降水，主要排泄為地下徑流。按照目前的地下水位埋深，基坑開挖和基礎施工不需要考慮地下水的影響，基坑開挖期間不需要降水。

2 支護結構初步設計

該工程基坑支護結構安全等級取為一級，安全重要性系數r=1.1。

綜合考慮本基坑正常使用的安全等級、施工荷載影響、施工難易程度、工程造價以及地下管線正常使用情況等，結合基坑周邊環境情況及該基坑支護結構安全等級，最終確定該基坑采用“樁+錨索”的支護結構[3，4]。計算剖面選擇1—1剖面，具體位置如圖1所示。根據基坑周邊環境，地面超載取25 kPa，荷載類型為均布荷載。

初步設計樁頂標高定為-0.5 m,采用樁徑為800 mm的鋼筋混凝土灌注樁，C30混凝土，HRB400鋼筋，樁心距設置為1.6 m。樁頂冠梁寬900 mm，高600 mm。初步設計采用7φ5鋼絞線錨索，預應力強度標準值fptk=1 570 N/mm2，A=138 m2,設置四排錨索，設計標高分別為-3.5 m，-6.0 m，-10.0 m，-13.0 m。選用直徑為150 mm的錨索，按15°的傾角、1.6 m的水平間距布置。灌入水泥漿水灰比為0.5。支護體系如圖2所示。

3 支護結構的設計計算

3.1參數計算

計算結果見表1。

表1 土壓力系數

3.2剪力計算

分五步進行施工開挖。

1)第一步基坑開挖至B點下0.5 m處，在第一層錨索施工之前，此時樁墻處于懸臂狀態，按懸臂支護結構計算。由于開挖深度不大，不進行計算。

2)第二步、第三步、第四步、第五步分別開挖至C點、D點、E點、F點的下方0.5 m處，開挖深度分別為h=6 m,h=9.5 m，h=13 m，h=15 m，依次計算出RB,RC,RD,RE。其中第五步施工計算簡圖如圖3所示。

經計算得出：RB=69 kN/m；RC=132.11 kN/m；RD=200.06 kN/m；RE=264.42 kN/m。

零點處的剪力計算，得：

Q=238.25 kN/m

(1)

3.3樁的設計計算

樁的最小入土深度為：

(2)

樁長為：

L=15+9.274=24.274 m

(3)

取為L=24.5 m。

由于樁身所受土壓力分布較為復雜，既非均布荷載又非集中荷載，而為線性力，需采用結構力學求解器進行計算，結果如圖4所示，Mmax=460.62 kN·m。

根據《混凝土結構設計原理》(高等教育出版社)可得：h0=h-70，fc=14.3 N/mm2，fy=360 N/mm2，εb=0.517 6，由此可以求出AS=3 187 mm2，選取7根直徑25 mm的HRB400的鋼筋(AS=3 436 mm2)。

樁身采取均勻配筋，受壓區采用與受拉區同樣的配筋，則整個樁身截面選取14根直徑25 mm的HRB400的鋼筋。

3.4錨索的設計計算

基坑深度為15 m，樁總長度L=24.5 m，樁入土深度9.5 m。土壓力的零點位置位于基坑底部下1.665 m處。采用7φ5的鋼絞線，設置四層錨索，按照15°的傾角(與水平面的夾角)，1.6 m的水平間距布置。

L1=Lf1+La1=9+9=18 m；L2=22 m；L3=25 m；L4=23 m。

其中：

(4)

(5)

A1=162.66 mm2；A2=311.43 mm2；A3=451.61 mm2；A4=550.35 mm2。

其中：

(6)

第一排及第二排錨索均采用3×7φ5鋼絞線，其實際A=414 mm2，均可滿足要求；

第三排及第四排錨索均采用4×7φ5鋼絞線，其實際A=552 mm2，均可滿足要求。

4 基坑設計穩定性分析

本基坑圍護樁插入的設計深度較大，錨索設計較長且較密，根據經驗可不驗算邊坡整體穩定性[5,6]。

如果基坑底面以下地基的承載力小于支護結構背后的土體重量，會導致發生坑底隆起、坑壁土流動、坑頂下陷等現象，因此需對地基是否會發生隆起現象進行驗算。

驗算得：Kb=3.404>1.8，滿足規范要求；隆起量δ=0 mm(計算得負值，記為零)。

其中：

(7)

(8)

通過理正軟件進行驗算，得到以下結果：

抗傾覆穩定性驗算：Ks=1.793≥1.200,滿足規范要求。

抗隆起驗算：Prandtl(普朗德爾)公式Ks=3.234≥1.1，滿足規范要求。

Terzaghi(太沙基)公式Ks=3.787≥1.15，滿足規范要求。

隆起量的計算：δ=0 mm。

驗算結果均滿足規范要求。

5 結論與建議

本工程基坑支護設計采用樁錨支護，設置四排錨索，其設計標高分別為-3.5 m，-6.0 m，-10.0 m，-13.0 m。采用7φ5鋼絞線，其長度分別為18 m，21.6 m，25 m，23 m，其中錨固段長依次為9.0 m，16.0 m，20.0 m，18.0 m。錨索灌入水泥漿水灰比為0.5，成孔直徑為150 mm，按1.6 m水平間距、傾角15°布置。采用寬900 mm，高600 mm的樁頂冠梁。采用樁徑為800 mm的鋼筋混凝土灌注樁，其中混凝土強度等級C30，鋼筋為HRB400，按樁心距1.6 m布置。

本設計是在有限的資料下做出的，勘察報告不可能完全反映整個場地的地質情況，因此在施工期間應根據現場具體情況，及時反饋交流。建議施工過程實時監測，如遇異常情況，可根據需要對施工方案進行適當調整。

[1] 薛麗影,楊文生,李榮年.深基坑工程事故原因的分析與探討[J].巖土工程學報,2013,35(S1):468-473.

[2] 河南豫中地質勘察工程公司.鄭州市某基坑巖土工程勘察報告[R].2013.

[3] 黃 濤,段晨輝,姜鳳飛.復雜環境下深大基坑支護工程設計實例[J].巖土工程學報,2014(S1):86-90.

[4] 張玉成,楊光華,胡海英,等.多種支護型式在超大深基坑工程設計中的組合應用[J].巖土工程學報，2014(S2):198-204.

[5] 黃志全,李 宣,王安明,等.鄭州市某建筑深基坑監測[J].華北水利水電大學學報(自然科學版),2014(1):51-55.

[6] 王 超,朱 勇,張強勇,等.深基坑樁錨支護體系的監測分析與穩定性評價[J].巖石力學與工程學報，2014(S1)：2918-2923.

ThedesignofpileanchorsupportingstructureforafoundationpitinZhengzhou

HeGuihua1SuDongpo2

(1.NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower,Zhengzhou450045,China; 2.LuoyangYuxingWaterConservancyEngineeringQualityTestingCo.,Ltd,Luoyang471000,China)

Based on a deep foundation pit project in Zhengzhou City, this paper systematically expounds the basic theory, design principle and calculation method of deep foundation pit support structure design. The design parameters of the support structure are determined by calculation, including the minimum depth of the pile, the maximum bending moment of the pile, the reinforcement of the pile, the length and spacing of the anchor. The design results are analyzed by the overall slip instability calculation, the anti-uplift check and the checkout, which proves that the supporting structure is safe and reasonable.

foundation pit supporting, anchor supporting, pile, anchor cable, anti uplift

TU473

A

1009-6825(2017)27-0070-03

2017-07-15

賀桂樺(1994- )，女，在讀碩士