某高層建筑深基坑支護技術(shù)設計與理論探究

　　基礎工程具有危險性高、技術(shù)難度大的特點，一旦發(fā)生事故將造成不可挽回的后果，不僅造成經(jīng)濟損失，更為嚴重的將危及人員生命安全，所以基礎工程為整個工程中的重中之重。而工程支護是工程基礎實體的建設安全、穩(wěn)定保證的必要措施，因此，展開對基坑支護方案的設計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進行研究，結(jié)合工程場地的地質(zhì)、水文條件，對場區(qū)內(nèi)的巖土工程性質(zhì)和支護措施方案進行了分析計算，通過理正軟件針對不同開挖工況及其支護過程中的內(nèi)力、位移變化驗算分析，研究結(jié)果可為高層建筑深基坑的結(jié)構(gòu)支護提供案例參考和理論借鑒。
　　1 工程背景
　　該工程擬建場地位于日照市濱海路西側(cè)，山東路南側(cè)，日照消防支隊東側(cè)。建設面積為35km2。建筑建場地由東向西緩傾，地面黃海高程在43.75～52.64m之間。場區(qū)地貌單元屬黃海陸域低山丘陵，地貌成因類型為構(gòu)造剝蝕低級夷平面，地貌類型為剝蝕緩坡，后經(jīng)人工改造成現(xiàn)狀地。
　　2 基坑支護設計方案
　　2.1 基坑支護方案
　　（1）素填土場地固結(jié)程度差，屬高壓縮性欠固結(jié)土，本層基坑開挖自然放坡采用1：1.5。（2）強風化花崗閃長巖在本層的風化情況由上而下變?nèi)?；上部較下部更加容易被風化；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，該層是良好的基礎持力層；但屬軟性巖土，遇水易崩解，故基坑開挖臨時放坡采用1： 0.3。（3）微風化花崗閃長巖在場地大部分都有揭露，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，基坑開挖臨時放坡采用1：0.15。
　　整個場區(qū)裸露屬于強風和微風化帶；巖土自穩(wěn)性較好，綜合確定該基坑側(cè)壁安全等級為二級。
　　考慮到所建的項目位于城市中心地帶，周圍的建筑物多、環(huán)境復雜，且本工程為高層建筑，所需支護的深度較大，因此對周邊環(huán)境的控制要求較高，故采取對基坑四周采用樁錨支護結(jié)構(gòu)進行邊坡支護。
　　2.2 基坑支護樁設計
　　采用機械鉆孔成孔，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，樁長為13m，其中3.5m嵌入基巖當中，相鄰的灌注樁之間的距離為2.6m，灌注樁參數(shù)見表1。
　　2.3 基坑錨桿支護設計
　　支護坡面圖中展示為樁錨支護，錨桿數(shù)量共4道，錨桿為預應力端錨錨桿，全場長12m，錨固段長6m，錨固體與強風化花崗巖的摩擦阻力為160kPa，與微風化花崗巖的摩擦阻力為900kPa，強風化花崗巖的土層厚度11.6m，微風化花崗巖的土層厚度為6m。
　　3 理正軟件對深基坑計算及驗證
　　3.1 各支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算
　　開挖流程為先用機器開挖，開挖至接近設計標高時再人工開挖至設計深度，首先冠梁的開挖，當基坑開挖至2.7m時，在2.2m處立即進行第一道錨桿的支護，待第一次基坑錨桿支護完成后，再進一步開挖，當開挖至4.5m處時，進行第二次錨桿支護，支護穩(wěn)定后進行下一步開挖，以此步驟進行循環(huán)，至完成第4步的開挖及支護后，開挖至基坑底部設計標高。 　　樁體彎矩、剪力變化及分析：基坑開挖過程中，開挖部位的樁體彎矩逐漸向基坑內(nèi)側(cè)增加，當施加預應力錨桿時，會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，對于未開挖的部分，樁體彎矩則向基坑內(nèi)側(cè)增大，隨開挖深度的增加，其反彎點的位置也不斷的下移，最終彎矩達到最大值出現(xiàn)在基坑底部；在巖土體開挖時，樁體所受剪力會向基坑內(nèi)測增加，在開挖完成后，加設錨桿支撐體會出現(xiàn)明顯剪力突變現(xiàn)象，究其原因為所施加預應力錨桿對于樁體等價于集中力作用，會改變錨桿附近土體應力變化，剪力最大值發(fā)出現(xiàn)在開挖界面處和加設預應力錨桿處，由此預應力錨桿對樁身剪力的影響較大。
　　3.2 整體穩(wěn)定性驗算
　　依據(jù)圖1采用瑞典條分法計算基坑的整體穩(wěn)定性，并計算安全系數(shù)KS。取土條寬度1m，圓弧半徑R=13.6m，圓心坐標X=-2.6m，Y=10.1m，計算得到樁的整體穩(wěn)定安全系數(shù) KS=3.2。在《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》中明確規(guī)定了支護樁的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)，規(guī)定最小的安全系數(shù)為1.25，通過瑞典條分法計算得到的安全系數(shù)1.32要大于1.25，滿足規(guī)范要求。
　　Mp-被動土壓力及支點力對支護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-主動土壓力對支護樁底部的傾覆彎矩。
　　對施工狀況不同的基坑樁體進行計算后，得到的抗傾覆安全系數(shù)來進行分析，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 嵌固深度計算
　　根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》中所列明的圓弧滑動簡單條分法對嵌固深度經(jīng)行計算：其中圓心坐標（-3.7，9.1），半徑為10.3m，計算得到安全系數(shù)Ks=2.4≥1.3，嵌固深度計算值h=0.5m，嵌固深度采用值ld=3m，當前嵌固深度為0.5m。在《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，多點支護結(jié)構(gòu)嵌固深度ld應該大于0.2h。所以嵌固深度應該取值為：2.48m。
　?。?）經(jīng)典方法進行計算時存在理想化弊端，無法考慮土方開挖過程中存在的應力變化而影響樁及所要支護的巖土，導致其發(fā)生變形。對比彈性地基梁法在計算過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際工程。（2）在基坑開挖過程中，開挖部位的樁體彎矩逐漸向基坑內(nèi)側(cè)增加，當施加預應力錨桿時，會造成彎矩的改變，即基坑開挖的部分樁體彎矩向基坑外側(cè)增加，對于未開挖的部分，樁體彎矩則向基坑內(nèi)側(cè)增大，隨深度的逐漸增加，其反彎點的位置也不斷的下移，最終在基坑開挖的底部彎矩達到最大值。（3）在巖土體開挖過程中樁體所受剪力會向基坑內(nèi)測方向增加，在開挖完成后，加設錨桿支撐樁體會出現(xiàn)顯著的剪力突變現(xiàn)象，原因是施加預應力錨桿對于樁體相當于集中力作用，會改變錨桿附近土體應力變化，剪力最大處發(fā)生在開挖的界面處和加設預應力錨桿處，可見預應力錨桿對樁身剪力的影響比較大。（4）通過計算可以初步確支護結(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，且對支撐結(jié)構(gòu)周圍的地面沉降情況通過計算驗證合理。綜上所述，支護方案的選擇是具有合理性及安全性。