谈某大型深基坑支护设计

高兵勇 谢 骁 邬俊峰

(武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北 武汉 430074)

谈某大型深基坑支护设计

高兵勇 谢 骁 邬俊峰

(武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北 武汉 430074)

以某大型基坑支护设计为例，根据本工程开挖的地质条件和开挖深度的特点，选取了桩锚支护为主要的形式，并对桩锚支护体系设计及计算过程进行了详细的分析，以供其他工程参考。

深基坑，桩锚，“m”法，支护设计

0 引言

由于高层建筑的兴起伴随着地下工程的发展，现代地下室的建设也越来越深，基坑支护是进行地下室施工的前提，对保护周边环境和防止周边建筑物的破坏起着重要的作用。根据基坑不同的地质环境和开挖深度可以采用不同的支护体系，如地下连续墙、桩锚、喷锚、土钉墙等体系。由于桩锚具有不占用基坑空间，稳定性好等特有的优势，已成为基坑支护中最常用的支护结构形式之一。本文以实际工程为例，详细的描述了桩锚支护设计的过程，为其他相似的基坑工程提供有力的参考。

1 工程简介

武汉某总医院拟兴建医疗科研综合楼。拟建物高5层～17层，建筑总高度66.6 m，框剪结构，设两层地下室，建筑物采用独立基础，基础埋置深度-9.3 m～-10.8 m。拟开挖基坑呈长方形，周长约250 m，开挖面积约3 000 m2，基坑开挖深度4.93 m～13.15 m。基坑运营时间为半年。

1.1 地质条件

拟建场区，地貌属长江Ⅲ级阶地，拟建场地在勘探深度范围内自上而下可分为4层：①杂填土Qml，②粘土，③强风化泥岩，④中风化泥岩。其地层分布情况及设计参数见表1。地下水类型为上层滞水，主要赋存于上部杂填土层中。

表1 工程地质参数表

1.2 基坑特点及重要等级

本基坑局部开挖深度深，基坑南侧紧邻6层住宅楼，北侧地势高，有1层配电房，东侧及西侧为重要的通行道路，基坑周围可利用的空间较小，不利于放坡。根据《建筑基坑支护技术规程》[1]条文说明3.1设计原则规定，本基坑重要性等级定为一级。

1.3 基坑分段及设计参数

根据场区环境条件、地层变化情况和边坡高度，边坡概化为六段(AB～FA)进行支护计算、设计。基坑边坡设计考虑的坡顶超载值：15 kN/m2。基坑边坡分段土层的设计取值见表2。

以朗肯土压力计算理论为计算依据[2]，土压力系数见表3。

2 支护选型

由于基坑安全等级为一级，支护结构可以考虑采用排桩或地下连续墙。地下连续墙整体刚度大、整体性好，可用于超深围护结构，也可用于立体结构，适用于各种地质条件，可减少对环境的影响，震动少，噪声低，对相邻建筑物结构和地下管线影响小，但是它需要泥浆池护壁，对废泥浆池的处理不但会增加工程费用，还会对环境产生影响；另外比采用排桩的造价要高得多。对于不能放坡或由于场地限制并且开挖深度在6 m～10 m左右时，即可采用排桩支护。正好适合于本基坑工程。由于受到场地和机械设备的限制，本工程采用φ900 mm的人工挖孔桩，采用柱列式排桩支护。排桩间距为1.5 m。根据基坑开挖深度选择悬臂支护结构、单(或多)支撑结构，由于本工程开挖差异较大，这几种形式都包含，本次选取在基坑的AB段最大开挖深度处(达到13 m)进行分析，此处设置3道支撑或拉锚[3]。

表2 基坑边坡分段土层的设计取值

表3 土压力系数表

3 桩锚支护设计

3.1 土压力计算

此处基坑周边原有挡土墙，墙高2.3 m，坡顶超载值15 kN/m2，将支护桩埋深设置为2.3 m，计算土压力分布见图1。

3.2 “m”法计算锚杆反力和桩身弯矩

1)计算m值。

2)桩身刚度及各项系数。

表4 单位力作用下的位移与转角 ×10-4 m

3)计算支撑反力Ra，Rb，Rc及桩身弯矩。

将上述系数代入力法矩阵方程，由matlab进行计算，可求得锚杆处支撑反力Ra=94.2 kN/m，Rb=-132.5 kN/m，Rc=431.5 kN/m。土压力、支撑反力都求得以后，桩身弯矩分布情况就很容易得到，见图2，最大弯矩值278.6 kN·m。

表5 计算系数 ×10-4 m

3.3 排桩配筋计算

根据文献[3]，弯矩设计值M采用公式：M=1.35·ψt·Mk计算，其中，ψt为基坑临时性支护结构调整系数，根据4.0.6条规定，一级支护取1.0。该支护桩采用均匀配筋，由附录D查表D.0.3选取16φ20。另外一种配筋方法是将圆柱截面等效为矩形截面，采用对称矩形截面按文献[6]公式计算配筋，通过计算总面积Ag=2As=4 982 mm2,附录B实配钢筋选用16φ20 (Ag=5 026 mm2),二者配筋结果一样，配筋率也满足要求，实际中取二者大值。

3.4 锚杆长度和配筋计算

土层锚杆是一种辅助结构，以外拉方式来锚固支护结构的围护墙，土层锚杆支护的计算内容包括：锚杆轴力，自由段长度，锚固段长度，锚杆截面积计算等。AB段采用三层锚杆，竖向间距取为2 m，锚孔孔径150 mm,三层锚杆倾角全部为θ=15°，锚杆钢筋选用HRB335，上面已算出水平轴力。锚杆计算结果见表6。

表6 锚杆计算结果

4 结语

基坑支护是整个地下工程施工的前提，也是极其重要的环节，通过对以往发生的事故的原因调查以及对基坑的监测数据的反馈，人们获取了大量的经验总结，支护形式以及支护理论方面已经有了很大进展。笔者结合工程实例详细的分析和论述了对于深基坑支护形式的选择过程，并基于朗肯土压力理论和弹性抗力法对桩锚支护形式的设计及计算过程进行了描述，这种方法实践性强，并且本工程项目已经施工完毕，通过监测，变形满足规范要求，支护效果好，为其他工程项目可以起到借鉴作用。

[1] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

[2] 东南大学.土力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3] 高大钊.深基坑工程[M].北京：机械工业出版社，1999.

[4] DB 42/159-2004，深基坑工程技术规定[S].

[5] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[6] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

On the design of a large deep foundation pit

GAO Bing-yong XIE Xiao WU Jun-feng

(EnvironmentandCityConstructionSchool,WuhanEngineeringTechnologyInstitute,Wuhan430074,China)

Taking a large foundation pit support design for example, according to the characteristics of geological conditions and excavation depth of the engineering excavation, selected the pile anchor support as the main form, and analyzed in detail the pile anchor support system design and calculation process, as reference for other engineering.

deep foundation pit, anchor pile, “m” method, support design

1009-6825(2014)03-0085-03

2013-11-07

高兵勇(1989- )，男，在读硕士； 谢 骁(1990- )，男，在读硕士； 邬俊峰(1988- )，男，在读硕士

TU463

A