国洪波 吴宏基 李 震
1 工程与地质概况
拟建工程位于冲积扇北缘,结构类型为框架结构。建筑面积4455m2,地上2层、地下2层,基础埋深10.5 m,按与现地面相当进行设计,基坑面积约1825 m2。场地北侧为濒临湖泊,间隔20m左右的绿化带,东南两侧为小胡同,西侧与住宅楼相距5 m。现场施工场地狭小,道路窄小,交通不便。
根据勘察报告,场地地下水水位较低,场地内主要地下水类型为潜水,主要赋存于第四系地层中。受大气降水及地表水补给,地下水水位随季节变化而异。场地潜水初见潜水水位埋深14.0m～16.8 m,其静止水位埋深13.5 m～15.6m,地下水对混凝土及钢筋混凝土的钢筋无腐蚀性,对本工程基坑开挖影响不大。
2 基坑支护设计方案
本工程开挖深度10.5 m,其静止水位埋深13.5 m～15.6m,故不需要进行大面积降水。本工程西侧邻近住宅楼,确保基坑开挖及地下结构施工期间该住宅楼的安全是本工程的重点;其余三侧均临马路,紧邻基坑边沿路皆埋设有煤气管道、自来水管和排污管线等地下管线,设计中应充分考虑坡边动荷载对支护结构的影响及坡边变形对地下管线的影响。
综合考虑以上因素,本基坑工程决定采用护坡桩加锚杆护坡方案,基坑深10.5 m,采用一层锚杆,单支点支护方案设计。
3 基坑支护设计及稳定性验算
3.1 锚杆设计
锚杆自由段长度 L1、固定段长度 L2以及全长 Lq根据以下公式确定:
其中,L0为锚杆中心线与坑底面以下土压力零点的距离,m;α为锚杆倾角,(°);T为锚杆设计轴向拉力值,kN;K为抗拔安全系数;D为锚固体直径,m;K0为土层系数;h为覆盖土的高度(锚固段中心到地面的高度),m。由地层物理力学指标可知:D=150mm,φ=27.7°,C=15.4 kPa,α=15°,γ=20 kN/m2,K=1.3,K0=0.5。设锚杆水平间距为 1.5 m。
由面简支梁法得出锚杆水平拉力为251.2 kN,但锚杆水平间距为1.5 m,故每根锚杆轴力应为:
代入计算得L1=2.261 m。根据规范按5 m计算。由于地面荷载为20 kN/m2,应用公式时应折算,即 h′=20/20=1 m。
则上覆土层厚度为:h=(5+L2/2)×sin15°+4.2+1(大于4 m,满足要求)。
得到一个关于 L2的一元二次方程,解得 L2=12.801 m;锚杆全长 L=5+12.801=17.801 m,设计取锚杆长 18 m。
3.2 锚杆整体稳定性计算
整体稳定按克氏假定的深层滑缝,如图1所示克兰茨代替墙法,图1中OD为代替墙;CO为挡土桩脚至锚杆锚固的中心点;Ea为作用于挡土桩的主动土压力(对桩的内摩擦角为δ);CO与水平夹角为θ,如 θ＞φ,计算时需计算地面荷载,θ＜φ时可不计算地面荷载。将各力组成力的多边形计算简图如图1所示,并进行计算使安全系数大于1.5。
3.3 安全系数计算
桩长设计为15.3 m,锚杆间距为1.5 m。由岩体物理力学指标可知:TA=251.2×2=502.4 kN;φ=27.7°;γ=20 kN/m3;α=15°。
可知:θ＞φ,要计算地面荷载(20 kN/m2)。挡土桩的主动土压力:
故稳定性满足安全要求。
4 结语
实践表明,对于工程施工场地用地紧张,放坡不太可能,地下连续墙也不够经济的情况下,可以采用护坡桩加锚杆护坡方案,对周围建筑物或管线可以实施有效的保护,可以尽可能的节省后期施工用地。基坑支护结构的优化设计,应在充分考虑场地岩土条件、环境条件的基础上,选择合适的计算模式和锚点位置,达到既安全又经济的目的。通过对锚杆方案的优化计算,确保了支护设计的合理性;采用克氏假定,对锚杆支护条件下基坑整体稳定性进行了验算。验算结果表明,安全系数2.07,基坑满足稳定性要求。
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