某高層建筑深基坑支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)與理論探究

　　基礎(chǔ)工程具有危險(xiǎn)性高、技術(shù)難度大的特點(diǎn)，一旦發(fā)生事故將造成不可挽回的后果，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，更為嚴(yán)重的將危及人員生命安全，所以基礎(chǔ)工程為整個(gè)工程中的重中之重。而工程支護(hù)是工程基礎(chǔ)實(shí)體的建設(shè)安全、穩(wěn)定保證的必要措施，因此，展開(kāi)對(duì)基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)和理論研究就變得尤為必要。本文以日照安泰某高層建筑的深基坑支護(hù)進(jìn)行研究，結(jié)合工程場(chǎng)地的地質(zhì)、水文條件，對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)的巖土工程性質(zhì)和支護(hù)措施方案進(jìn)行了分析計(jì)算，通過(guò)理正軟件針對(duì)不同開(kāi)挖工況及其支護(hù)過(guò)程中的內(nèi)力、位移變化驗(yàn)算分析，研究結(jié)果可為高層建筑深基坑的結(jié)構(gòu)支護(hù)提供案例參考和理論借鑒。
　　1 工程背景
　　該工程擬建場(chǎng)地位于日照市濱海路西側(cè)，山東路南側(cè)，日照消防支隊(duì)東側(cè)。建設(shè)面積為35km2。建筑建場(chǎng)地由東向西緩傾，地面黃海高程在43.75～52.64m之間。場(chǎng)區(qū)地貌單元屬黃海陸域低山丘陵，地貌成因類(lèi)型為構(gòu)造剝蝕低級(jí)夷平面，地貌類(lèi)型為剝蝕緩坡，后經(jīng)人工改造成現(xiàn)狀地。
　　2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案
　　2.1 基坑支護(hù)方案
　?。?）素填土場(chǎng)地固結(jié)程度差，屬高壓縮性欠固結(jié)土，本層基坑開(kāi)挖自然放坡采用1：1.5。（2）強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖在本層的風(fēng)化情況由上而下變?nèi)?；上部較下部更加容易被風(fēng)化；而地基上部承載力水平較下部高，根據(jù)本工程建筑物的特點(diǎn)，該層是良好的基礎(chǔ)持力層；但屬軟性巖土，遇水易崩解，故基坑開(kāi)挖臨時(shí)放坡采用1： 0.3。（3）微風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖在場(chǎng)地大部分都有揭露，該層厚度未揭穿。巖體完整性指數(shù)0.59～0.91，完整程度較好，基坑開(kāi)挖臨時(shí)放坡采用1：0.15。
　　整個(gè)場(chǎng)區(qū)裸露屬于強(qiáng)風(fēng)和微風(fēng)化帶；巖土自穩(wěn)性較好，綜合確定該基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)。
　　考慮到所建的項(xiàng)目位于城市中心地帶，周?chē)慕ㄖ锒?、環(huán)境復(fù)雜，且本工程為高層建筑，所需支護(hù)的深度較大，因此對(duì)周邊環(huán)境的控制要求較高，故采取對(duì)基坑四周采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行邊坡支護(hù)。
　　2.2 基坑支護(hù)樁設(shè)計(jì)
　　采用機(jī)械鉆孔成孔，樁身采用C35的混凝土澆筑成樁，樁頂冠梁高0.9m，樁身直徑0.85m，樁長(zhǎng)為13m，其中3.5m嵌入基巖當(dāng)中，相鄰的灌注樁之間的距離為2.6m，灌注樁參數(shù)見(jiàn)表1。
　　2.3 基坑錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)
　　支護(hù)坡面圖中展示為樁錨支護(hù)，錨桿數(shù)量共4道，錨桿為預(yù)應(yīng)力端錨錨桿，全場(chǎng)長(zhǎng)12m，錨固段長(zhǎng)6m，錨固體與強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的摩擦阻力為160kPa，與微風(fēng)化花崗巖的摩擦阻力為900kPa，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的土層厚度11.6m，微風(fēng)化花崗巖的土層厚度為6m。
　　3 理正軟件對(duì)深基坑計(jì)算及驗(yàn)證
　　3.1 各支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算
　　開(kāi)挖流程為先用機(jī)器開(kāi)挖，開(kāi)挖至接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)再人工開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度，首先冠梁的開(kāi)挖，當(dāng)基坑開(kāi)挖至2.7m時(shí)，在2.2m處立即進(jìn)行第一道錨桿的支護(hù)，待第一次基坑錨桿支護(hù)完成后，再進(jìn)一步開(kāi)挖，當(dāng)開(kāi)挖至4.5m處時(shí)，進(jìn)行第二次錨桿支護(hù)，支護(hù)穩(wěn)定后進(jìn)行下一步開(kāi)挖，以此步驟進(jìn)行循環(huán)，至完成第4步的開(kāi)挖及支護(hù)后，開(kāi)挖至基坑底部設(shè)計(jì)標(biāo)高。 　　樁體彎矩、剪力變化及分析：基坑開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖部位的樁體彎矩逐漸向基坑內(nèi)側(cè)增加，當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，會(huì)造成彎矩方向的改變，即部分樁體彎矩有向基坑外側(cè)增加的趨勢(shì)，對(duì)于未開(kāi)挖的部分，樁體彎矩則向基坑內(nèi)側(cè)增大，隨開(kāi)挖深度的增加，其反彎點(diǎn)的位置也不斷的下移，最終彎矩達(dá)到最大值出現(xiàn)在基坑底部；在巖土體開(kāi)挖時(shí)，樁體所受剪力會(huì)向基坑內(nèi)測(cè)增加，在開(kāi)挖完成后，加設(shè)錨桿支撐體會(huì)出現(xiàn)明顯剪力突變現(xiàn)象，究其原因?yàn)樗┘宇A(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)于樁體等價(jià)于集中力作用，會(huì)改變錨桿附近土體應(yīng)力變化，剪力最大值發(fā)出現(xiàn)在開(kāi)挖界面處和加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿處，由此預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)樁身剪力的影響較大。
　　3.2 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算
　　依據(jù)圖1采用瑞典條分法計(jì)算基坑的整體穩(wěn)定性，并計(jì)算安全系數(shù)KS。取土條寬度1m，圓弧半徑R=13.6m，圓心坐標(biāo)X=-2.6m，Y=10.1m，計(jì)算得到樁的整體穩(wěn)定安全系數(shù) KS=3.2。在《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中明確規(guī)定了支護(hù)樁的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)，規(guī)定最小的安全系數(shù)為1.25，通過(guò)瑞典條分法計(jì)算得到的安全系數(shù)1.32要大于1.25，滿足規(guī)范要求。
　　Mp-被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)支護(hù)樁底部的抗傾覆彎矩，比較錨桿或錨索承受的錨固力及抗拉力，選其中較小值。
　　Ma-主動(dòng)土壓力對(duì)支護(hù)樁底部的傾覆彎矩。
　　對(duì)施工狀況不同的基坑樁體進(jìn)行計(jì)算后，得到的抗傾覆安全系數(shù)來(lái)進(jìn)行分析，求得抗傾覆安全系數(shù)分別為19.9、20.6、13.3、14、8.8、9.4、6、6.9、3.9，第9工況為安全系數(shù)位最小的工況，且滿足規(guī)范要求，其余均滿足規(guī)范要求。
　　3.3 嵌固深度計(jì)算
　　根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中所列明的圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法對(duì)嵌固深度經(jīng)行計(jì)算：其中圓心坐標(biāo)（-3.7，9.1），半徑為10.3m，計(jì)算得到安全系數(shù)Ks=2.4≥1.3，嵌固深度計(jì)算值h=0.5m，嵌固深度采用值ld=3m，當(dāng)前嵌固深度為0.5m。在《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，多點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度ld應(yīng)該大于0.2h。所以嵌固深度應(yīng)該取值為：2.48m。
　?。?）經(jīng)典方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)存在理想化弊端，無(wú)法考慮土方開(kāi)挖過(guò)程中存在的應(yīng)力變化而影響樁及所要支護(hù)的巖土，導(dǎo)致其發(fā)生變形。對(duì)比彈性地基梁法在計(jì)算過(guò)程中就考慮到了以上非理想化內(nèi)容，使樁位的位移變化更符合實(shí)際工程。（2）在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖部位的樁體彎矩逐漸向基坑內(nèi)側(cè)增加，當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，會(huì)造成彎矩的改變，即基坑開(kāi)挖的部分樁體彎矩向基坑外側(cè)增加，對(duì)于未開(kāi)挖的部分，樁體彎矩則向基坑內(nèi)側(cè)增大，隨深度的逐漸增加，其反彎點(diǎn)的位置也不斷的下移，最終在基坑開(kāi)挖的底部彎矩達(dá)到最大值。（3）在巖土體開(kāi)挖過(guò)程中樁體所受剪力會(huì)向基坑內(nèi)測(cè)方向增加，在開(kāi)挖完成后，加設(shè)錨桿支撐樁體會(huì)出現(xiàn)顯著的剪力突變現(xiàn)象，原因是施加預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)于樁體相當(dāng)于集中力作用，會(huì)改變錨桿附近土體應(yīng)力變化，剪力最大處發(fā)生在開(kāi)挖的界面處和加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿處，可見(jiàn)預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)樁身剪力的影響比較大。（4）通過(guò)計(jì)算可以初步確支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的整體穩(wěn)定性，并且抗傾覆穩(wěn)定性和樁身嵌巖深度等因素都滿足工程規(guī)范要求，且對(duì)支撐結(jié)構(gòu)周?chē)牡孛娉两登闆r通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證合理。綜上所述，支護(hù)方案的選擇是具有合理性及安全性。