复杂场地深基坑双排抗滑桩支护体系研究

发表时间:2021/8/19   来源:《建筑实践》2021年40卷4月第10期   作者:余艺涛 张魏
[导读] 复杂场地深基坑支护安全性极端重要,而其方案的选择又往往受到场地、周边环境、地质情况、造价等多方面因素限制,可供选择的方案极为有限。

        余艺涛 张魏
        (贵阳市南明区住房和城乡建设局,贵州 贵阳550000)

        [摘要]复杂场地深基坑支护安全性极端重要,而其方案的选择又往往受到场地、周边环境、地质情况、造价等多方面因素限制,可供选择的方案极为有限。本文根据西南地区某复杂场地深基坑支护工程实例,研究了深基坑双排抗滑桩支护体系的边坡稳定性。
        [关键词]深基坑、双排抗滑桩、稳定性
1.工程概况
        某项目基坑支护工程位于西南某城市两条城市主干道交叉口,设计±0.00标高为1063.50m,地下室底板顶标高-4层为-20.10(1043.50m),设计基础形式为桩基础。
        根据场地周边现状地面标高及地下室底板设计标高,基坑开挖后将形成长141m,宽75m的近长方形基坑边坡,高度20.1m,周长约459.5m,根据岩层产状与开挖走向关系,本文研究的ABCD段为顺向岩质边坡,基坑距离轻轨保护线最近处仅14m(平面图详见图1)。该段岩溶强发育,地下水位较高,根据钻探结果表明,岩溶发育形态为空洞和流塑红粘土充填。根据地勘报告及相关规范,边坡岩体类型为Ⅳ类,岩体等效内摩擦角取42°。各岩土力学参数取值如下。

        场地周边地面建构筑物及地下管线较多,基坑周边工程环境条件复杂,基坑边坡若产生破坏,对周边建构筑物等产生的不良影响后果严重。基坑边坡安全等级为一级,按永久边坡设计。因此,本文研究的ABCD段支撑方案不宜采用内支撑、桩锚体系等方式,拟采用双排抗滑桩支护。

图1 工程平面示意图


    
2  ABCD段边坡稳定性计算
选取最不利剖面作稳定性计算(详见图2)。
2.1、滑坡推力计算
市政道路宽24m,道路荷载取20KN/m。
换算为土柱高度为:
H荷=20(KN/m)/27(KN/m3)=0.75m
每延米条块面积为:S岩块+S荷载=430+0.75×24=450m2

换算为水平推力为:
F水平=1754KN×cos25=1589KN
故每延米滑坡推力为1589KN/m。
[滑推力等效为桩后压力的计算]
桩后荷载呈三角形分布,推力等效为桩后压力的换算公式为:F水平×L= q×H/2
故q=F水平×L×2/H=1589×2×4/19=670KN/m
其中F水平:每延米滑坡推力,L:横向桩间距,H:受力高度(悬臂段),q:桩后压力
2.2、双排桩受力分析
[结构基本信息]



[建立模型]

[计算结果]



[锚固段受力计算]
        将结构折分为前桩、后桩、连梁,根据悬臂段受力计算结果,分别在桩顶施加弯矩、剪力,按单根抗滑桩计算桩身受力。后排桩计算过程如下:

每延米水平下滑力E=1589.00kN-m
下滑力外形:三角形
每延米桩顶剪力=-243.00kN
每延米桩顶弯矩=-403.00kN-m
桩间距=4.00m
滑面以上桩长=19.00m
桩前抗力E1=0.00kN-m
桩前滑体厚度=0.00m
桩底边界条件为:固定端
桩顶可变荷载=0.00kN/m
桩型为:圆形
桩直径为d=2.00m
计算方法为:K法
滑面处地基系数K=200000.00kN/m3
基岩横向容许应力=2000.00kPa


前排桩计算过程如下:

每延米水平下滑力E=0.00kN-m
下滑力外形:三角形
每延米桩顶剪力=215.00kN
每延米桩顶弯矩=-1926.00kN-m
桩间距=4.00m
滑面以上桩长=19.00m
桩前抗力E1=0.00kN-m
桩前滑体厚度=0.00m
桩底边界条件为:固定端
桩顶可变荷载=0.00kN/m
桩型为:圆形
桩直径为d=2.00m
计算方法为:K法
滑面处地基系数K=200000.00kN/m3
基岩横向容许应力=2000.00kPa


综合悬臂段及锚固段受力分析如下:

2.3、截面计算
[后排桩截面配筋参数]
负弯矩段保护层厚度为50mm,受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离as=315mm。

正弯矩段受拉区按一排配筋,保护层厚度为50mm,受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离as=220mm。


[后排桩内力取值]



内侧纵筋(负弯矩处)并筋计算;
采用17束HRB500φ28 “品”字形并筋及14根HRB500φ32,
17*3.14*(28*1.73/2)*(28*1.73/2)+14*3.14*32*32/4=42567>41871mm2(通过)
故钢筋实配值为51E28+14E32。
受拉钢筋圆心角比值取αs取0.26。

[配箍计算]
桩底以上6~15m范围

故箍筋实配值为HRB400φ20@140。桩底以上0~6、15~29m范围

        故箍筋实配值为HRB400φ16@400。[前排截面桩配筋参数]负弯矩段受拉区按二排配筋,排间距200mm,保护层厚度为50mm,受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离as=220mm。

        正弯矩段受拉区按一排配筋,保护层厚度为50mm,受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离as=220mm。

[前排桩内力取值]



        内侧:
        采用14根HRB400φ32钢筋
        14*3.14*16*16= 11253.76mm2(通过)
        及 6束HRB500φ28“一”字型并筋,
        3.14*6*(28*1.41/2)*(28*1.41/2)= 7341 mm2(通过)
        故钢筋实配值为14E32(HRB400)+12E28(HRB500)。
        受拉钢筋圆心角比值取αs取0.26。

        外侧:
        桩顶0~2m范围与连梁相连,连梁长4m,有效高度H0为4000-220=3780mm。抗弯承载力远大于桩顶弯矩9407 (kN.m)故不再作验算。
        桩顶2m以下正弯矩为7269 (kN.m),钢筋实配面积为14476 mm2。即:18E32。
        受拉钢筋圆心角比值取αs取0.3。

        剪力过小,按HRB400φ16@400配箍。不再验算箍筋。
        [连梁截面配筋参数]

     
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