摘要:介紹了新型的鑽孔樁與深攪樁咬合式復合支護體系在地鐵明挖深基坑的應用,並採用彈性杆系有限元法對支護體系的內力及變形進行了分析,將理論值與實際值進行比較,得出實際值比理論值大的結論。關鍵詞:
支護結構,內力,變形,監測
鑽孔樁咬合深攪樁支護體系是一種新型的圍護結構形式,鑽孔樁為柱列式布置,樁與樁之間有一定的間距,為防止地下水並夾帶土體顆粒從樁間空隙流入坑內,在樁間設定深攪樁,柱列式鑽孔樁作為擋土圍護結構有很好的剛度,但是樁之間的聯絡差,必須在樁頂澆築較大截面的鋼筋混凝土冠梁加以可靠連線。鑽孔樁與深攪樁咬合支護結構強度及剛度均較大,且比地下連續牆造價低,具有施工噪音低、造價低、整體性和止水效果好等優點。
1工程概況
南京地鐵奧體中心站~元通站區間隧道基坑支護結構方式為鋼筋混凝土鑽孔樁與水泥土攪拌樁咬合+內支撐聯合支護,基地採用深攪樁點狀加固,採用明挖順作法施工。基坑平均深度10.5m、寬13.
1m、長1.4km,鑽孔樁樁長19.5m。
區間範圍內自上向下土層構成分別為人工填土、淤泥質填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土。
區間場地地面多為農田及池塘,淤泥質粉質粘土層厚均在29m以上,該土層處於流塑狀態,其工程地質性質表現為「三高一低」,即高靈敏度、高壓縮性、高含水量、低強度等特性,因此施工中必須著重進行監測與分析。
2支護體系內力及變形分析
彈性地基杆系有限元法假設地面上(基底以上)擋土結構為梁單元,基底以下部分為彈性地基梁單元,支撐為彈性支撐單元,荷載為主動土壓力和水壓力。
2.1計算模型及資料
如圖1所示為計算簡圖。把擋土結構沿豎向每隔1m劃分為乙個單元。為計算簡便,擋土結構的截面、荷載突變處、彈性地基基床係數變化段及支撐或錨桿的作用點,均作節點處理,支撐按彈簧處理,主動側土壓力和水壓力為事先假定,被動土壓力按土彈簧考慮。
採用總量分階段計算圍護結構內力。2.2計算公式的確定
2.2.1土壓力計算公式
針對南京地區粘性土為主的地層特點採用水土合演算法確定土壓力係數:其中,rsat為土的飽和重度,在地下水位以下可以近似採用天然重度;ka為主動土壓力係數,ka=tg2(45°-0.5×φ),φ為按總應力方法確定的固結不排水剪或不固結不排水剪確定的內摩擦角;c為按總應力方法確定的固結不排水剪或不固結不排水剪確定的內聚力。
2.2.2深攪樁及鑽孔樁的簡化處理
柱列式擋牆的受力形式與壁式地下類似。在具體計算中,將樁牆按抗彎剛度相等的原則等價為一定厚度的壁式地下連續牆進行內力分析,其公式為:式中:d———鑽孔樁直徑;
t———樁間淨距;
h———壁式地下牆的折算厚度。
攪拌樁可以分擔部分土壓力。根據圍護樁的引數在計算中對原有壓力進行折減。
2.2.3彈性抗力係數計算公式
採用「m」法並略作修正,計算彈性係數:
kh=m(z-z0)。
其中,kh為側向彈性抗力係數;m為比例係數;z為從基坑地面算起的深度;z0為初始深度。其中z0考慮了粘性土的粘聚力影響和超固結使土被動抗力提高因素,從而,基坑底面處的彈性抗力不等於零。zo值由經驗確定。
2.3計算結果
2.3.1工況表
工況表(即每開挖一層,架設一道鋼支撐)見表1。2.3.2內力及變形計算簡圖
1)工況1的內力及變形計算:因為沒有進行開挖,水平位移為0。
2)工況2的內力及變形計算簡圖(見圖2):由圖2可知,工況2的最大水平位移:1.8mm。
3)工況3的內力及變形計算簡圖:
工況3的內力及變形計算簡圖,見圖2《工況2的內力及變形計算簡圖》相同,工況3的最大水平位移:1.8mm。
4)工況4的內力及變形計算簡圖(見圖3):
由圖3可知,工況4的最大水平位移:4.4mm。
5)工況5的內力及變形計算簡圖:
工況5的內力及變形計算簡圖,與圖3《工況4的內力及變形計算簡圖》相同,工況5的最大水平位移:4.4mm。6)工況6的內力及變形計算簡圖(見圖4):
由圖4可知,工況6的最大水平位移:8mm。
3基坑支護的計算和實際監測結果比較
以基坑水平收斂值的理論值與實際監測值進行比較,如表2所示。
從基坑支護的計算和實際監測結果表可以看出:實際水平收斂均比設計值大,因而軸力也比設計值大,產生此種現象的原因主要有兩方面:
1)設計計算具有侷限性,因為設計採用的計算模型是在理想狀態下的,但是本區間的淤泥質粉質粘土的滲透係數較差,降水極為困難,其降水效果不可能達到設計的理想狀態,即實際土體的固結力較小而引起側壓力增大,導致圍護結構收斂增大。
2)施工的原因,在實際施工過程中,在工況2中的土體一次開挖過深,直接導致圍護樁的收斂增大,而最後一次的變形最大,其主要原因是開挖時間較長,基底樁體根部暴露時間過長。4結語
採用鑽孔樁與深攪樁咬合式支護體系施工,必須嚴格遵守「時空效應法」的施工原則。通過對上述基坑支護結構的內力及變形進行分析,認為軟土深基坑工程中採用鑽孔樁咬合深攪樁支護體系是合理、行之有效的方法,但是由於施工現場的複雜性計算與實測值的差異是不可避免的,因此設計和施工人員必須有豐富的設計和施工經驗,針對實際施工情況進行方案優化,才能成功地完成深基坑設計和施工。
參考文獻:
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