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深基坑和高边坡整体支护方案要点分析

360 2020-07-27 14:23:29

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引 言



随着城市建设的不断发展,中心城区的用地日趋紧张,城区不断向郊区扩张。山区、丘陵地带地势起伏不平,在房地产开发项目中往往形成高度较大的人工边坡,由于用地范围的限制,经常需要在边坡坡角开挖深基坑。边坡与基坑距离较近,在设计时需要考虑它们之间的相互影响,对边坡和基坑进行整体计算和分析。


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工程概况



某深基坑工程位于闽南丘陵地带,场地北侧为一陡坡,坡顶标高约62.5m,场地规划±0.0为53.6m。三层地下室,基坑坑底标高40.65m,基坑开挖深度为12.95m。由于用地紧张,基坑北侧一段约50m长的地下室外墙线距离用地红线仅2m,基坑的坑顶即为高度为8.9m的直立人工边坡。基坑与边坡的总高度为21.85m,需要对基坑和边坡进行整体设计。


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场地工程地质和水文条件



在基坑及边坡开挖范围内,场地内的土层主要为残积砂质粘性土、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩。其中,残积砂质粘性土为可塑~硬塑,饱和,成分以粘粒、粉粒、石英颗粒为主;全风化花岗岩原岩结构基本破坏,原岩矿物大部分风化成为砂土矿物,属极软岩,岩体质量等级为Ⅴ级,压缩性低,强度较高,但泡水易软化、崩解;砂土状强风化花岗岩原岩矿物已大部分风化成砂土矿物,性质与全风化花岗岩类似。土体的材料力学性能如表1所示。


场地内地下水不发育,上部为赋存于残积粘性土层中的上层滞水,主要靠大气降水补给,渗透性较差,富水性弱;下部为基岩风化带孔隙裂隙潜水,主要补给源为大气降水及统一水层的侧向补给。勘察期间,查得场地地下水位均在基坑坑底以下。地下水对基坑、边坡支护影响较小。


岩土体材料力学参数表


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设计思路



基坑为临时性支挡结构,使用时间较短,支护结构设计时不用考虑地震荷载;边坡为永久性支护结构,需要考虑地震作用以及支护结构的耐久性问题。考虑二者整体支护需要兼顾二者的使用要求。


由于基坑贴近用地红线,现场无多余的支护空间,基坑+边坡支护总的高度较高,对支护结构的刚度和变形要求较高。结合现场各方面的因素考虑,采用桩锚支护体系较为妥当。


在设计之初,主要提出了两种设计方案。方案A为基坑与边坡支护一次支护完成,在场地±0.0m以上支护结构采用边坡构造措施,在场地±0.0m以下支护结构采用基坑构造措施。方案B为基坑、边坡分两次支护:场地±0.0米以上先借地3m,施工土钉墙临时支护结构,±0.0米以下采用桩锚支护体系,基坑支护桩顶预留钢筋,待地下室结构施工完成,基坑回填后,再将基坑支护桩接至边坡顶标高,回填所借场地,施工永久性边坡。


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支护方案计算比较



方案A围护桩采用直径1.0m,间距1.5m的人工挖孔桩,其中桩身嵌入基坑底10m。桩顶标高为62.5m,桩总长度为31.85m,桩身主筋采用HRB400级钢筋,混凝土采用C30。分别加5排、6排、7排预应力锚索进行试算,其中预应力锚索采用直径15.2mm,强度设计值为1320MPa的钢绞线,预应力均为100KN,入射角度均为30度,一桩一锚。分别将上述三个方案命名为A-5、A-6、A-7,支护桩的计算结果如表2所示,锚索计算结果如表3所示。

方案A支护桩计算结果
方案A锚索计算结果

从表2及表3可以看出,方案A-5与A-6,支护桩位移及桩身受力均较大,桩身配筋太多。同时各排锚索受力极不平衡,部分锚索设计轴力太大,实际施工时难达到锚索设计的轴力值,不宜采用。方案A-7,支护桩的位移得到了有效的控制,桩身受力也相对较小。但需要的锚索长度太长。另外,方案A都面临着人工挖孔桩桩身长度太长,桩的垂直度难以控制;没有施工道路可通往坡顶,钢筋笼的吊装和焊接难度较大;人工挖孔桩施工时孔内施工人员的安全难以保证等问题。


方案B基坑支护桩也采用直径1.0m,间距1.5m的人工挖孔桩,桩身嵌入坑底10m。桩顶标高53.6m,即场地±0.0标高。


设计计算分三个阶段进行。先按《建筑基坑支护计算规程》计算场地±0.0借地的土钉墙临时边坡的稳定性。


然后将上部土钉墙和下部桩锚结构作为整体进行计算。计算时,将上部土钉墙按上部放坡段考虑,土钉等支护结构作为安全储备,计算时不予考虑。计算模型如图1所示。

方案B基坑整体计算模型

图1:方案B基坑整体计算模型


最后按照《建筑边坡工程技术规范》的相关规定对上部永久性边坡进行计算,计算时,将基坑支护的总桩长作为桩的嵌固深度,上部按照8.9m进行计算。基坑支护的锚索及上部临时边坡的土钉作为安全储备,计算时不予考虑。计算模型如图2所示。三阶段计算完成后,计算结果如表4、表5所示。

上部永久性边坡计算模型

图2:上部永久性边坡计算模型

方案B支护桩计算结果
方案B锚索计算结果


从表4及表5可以看出,方案B的锚索受力较平均,上部边坡接桩的锚索设计轴力为200KN左右,下部基坑的锚索设计轴力也较为接近。上部边坡和下部基坑支护桩可以分段配筋,节省了投资。


方案B的支护结构剖面如图3所示。其中虚线部分在基坑支护时施工,实线部分为永久边坡支护结构,待基坑回填后方可施工。

方案B支护结构剖面图

图3:方案B支护结构剖面图


经过计算,方案B比方案A-7每延米的造价低仅低约100元,二者经济性相当。从施工工期来讲,方案A-7的人工挖孔桩工期较长,会延长项目的总工期,方案B的永久性边坡可在基坑回填完成后施工,不会对项目的总工期造成影响。从施工安全性来讲,A-7方案人工挖孔桩较深,挖孔桩施工人员的安全较难保证。


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结论



通过对本工程高边坡与深基坑整体支护设计方案的对比分析,可以得出以下结论,供类似工程参考:

(1)对于深基坑和高边坡相连的工程,采用建立整体模型、分阶段设计的方法是可行的。

(2)分阶段设计时,应充分考虑各个使用阶段支护结构的安全性以及使用要求。


参考文献

[1] 刘格非.山区城市高边坡下深基坑工程实例[J].福州大学学报(自然科学版),1999,27(06):75-78.

[2] 符剑,王睿.高边坡与深基坑支护设计整体分析实例[J].广东建材,2009,(01):49-50.

[3] JGJ120-2012.建筑工程基坑支护技术规程[S].

[4] GB50330-2002.建筑边坡工程技术规范[S].


作者简介

冯博(1987– ),男,福建厦门,健研检测集团有限公司