支护稳定性（精选8篇）
支护稳定性 篇1
1土钉支护结构的特点
( 1) 土钉与土体形成复合土钉体, 提高了边坡整体稳定和承受坡顶超载能力, 增强了土体的破坏延性, 改变边坡突然塌方性质, 有利于安全施工; ( 2) 结构轻型, 柔性大, 有良好的抗震性和延性; ( 3) 施工机具简单, 易于推广; ( 4) 施工不单独占用场地, 对于施工场地狭小, 放坡困难, 有相邻低层建筑或堆放材料, 大型护坡施工设备不能进场, 该技术显示出独特的优越性; ( 5) 有利于根据现场的监测的变形数据, 及时地调整土钉长度和间距。一旦发生不良现象, 能立即采取相应的加固措施, 避免出现大的事故, 因此提高了工程的安全可靠性; ( 6) 经济效益好; ( 7) 防腐性能好, 土钉由低强度钢材制作, 与永久性锚杆相比, 大大减少了防腐的麻烦。
2土钉支护结构存在的问题
( 1) 支护理论尚不完善。土钉支护是一个三维问题, 而现有理论和方法都是将土钉支护简化为平面问题来研究, 并且忽视了土钉和土体之间的相互作用。这种假设使得土钉的水平间距布置没有理论依据, 因此目前对于土钉墙的理论和设计还有待进一步研究。
( 2) 土钉的弯剪应力是否应该考虑仍未完全解决。目前大多数的设计方法都假定土钉为受拉工作, 不考虑其抗弯刚度, 而下部土钉的抗力可能由弯剪和挤压强度控制。因此, 应进一步考虑拉力、弯剪和挤压等多破坏准则确定土钉的极限
抗力。
( 3) 土钉的稳定分析方法有缺陷。目前用于土钉的稳定分析各种方法中, 应用最为广泛的方法是极限平衡法, 该法的最大缺点是不能计算土钉墙的变形及各土条对于土钉施加的拉力的大小。
3土钉支护结构的工作机理
( 1) 土钉对复合体起骨架约束作用: 试验证明, 土钉在其加固的土体中起着箍束骨架的作用, 这种箍束骨架的作用是由土钉本身的刚度、 强度以及在土体中分布的空间形式所决定的。它具有制约变形的作用, 使复合土体成为一个整体。
( 2) 土钉对复合体的分担作用: 在复合体内, 土钉与土体共同承担外荷载和自重应力, 土钉起着分担作用。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度, 在土体进入塑性状态后, 应力逐渐向土钉转移, 模型试验的结果证明, 土钉支护在向下开挖的过程中, 土体的抗剪能力 ( ) 早已充分发挥, 然后土钉受力而保持稳定。
( 3) 土钉起着应力传递与扩散作用: 试验说明, 当载荷增到一定程度, 内部裂缝已发展到一定宽度, 此时坡脚应力最大。这是下层锚体伸入到滑裂域外稳定土体中的部分仍能提供较大的抗拉力。锚体通过其应力传递作用, 将滑裂域内部应力传递到后边稳定土体中, 并分散在较大范围的土体中, 降低应力集中程度。
( 4) 坡面变形的约束作用: 面层的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。面层的设置限制了由于开挖卸荷或外部超载使土体产生的坡面膨胀。限制坡面膨胀能够起到削弱内部塑变, 加强边界约束的作用, 这在开裂变形阶段尤为重要。面板约束力取决于土钉表面与土的摩阻力, 当复合土体开裂面区域扩大并连成片时, 摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合体。
4外部稳定性分析
4. 1滑动稳定性验算分析
根据《建筑基坑支护技术规程》, 要求满足下式:
4. 2倾覆稳定性验算分析
根据《建筑基坑支护技术规程》[1], 要求满足下式:
4. 3土钉支护面层配筋设计
在土体自重及地表均布荷载作用下, 喷混凝土面层所受的倾向土压力p0可按下式估算:
4. 4抗管涌复核
当在粉土 ( Ip10) 层内作坑槽护壁挡土截水时[2], 需作此复核:
5内部稳定性分析
5. 1预应力锚杆有效极限抗拔力计算
当仅采用土钉而无法获得足够大的内部稳定安全系数, 或对边坡变形有较为严格的控制要求时, 应考虑增加一定数量的预应力锚杆, 锚杆设计参数应通过计算后确定[3]。预应力锚杆在各种不同极限状态下的极限抗拔力可按下列各式计算:
5. 2土钉与土体间的界面摩阻力
参考文献
[1]JGJ120-2012, 建筑基坑支护技术规程[S].
[2]GB50202-2012, 建筑基坑基础工程施工质量验收规范[S].
[3]陈肇元, 崔京浩.土钉支护在深基坑工程中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011.
[4]张明聚, 宋二祥, 陈肇元.基坑土钉支护稳定分析方法及其应用[J].工程力学, 2008 (3) .
支护稳定性 篇2
【关键词】填土边坡；支护设计；稳定性
1.引言
我国幅员辽阔，但对于人口密集的大中型城市来讲，仍然存在建设用地稀少及人均占有率低等现实问题。使得为数众多的城市的基础建设向山地或废弃地延伸，由此产生了大量的填方工程用以平整场地，随着工程建设的不断发展，在城市中形成了大量的填土边坡。
然而填土边坡做为新近形成的坡体，由于土体物理性质不够稳定，加之受到人工搬运、填筑及压实等因素的影响，其稳定性较一般的天然边坡具有较大的不确定性。其复杂的坡体性质也成为制约工程质量的重要影响因素。
本文就深圳市某场区填土高边坡的设计为例，对其稳定性进行了评价，并进行数值模拟论证其安全系数，旨在论证支护结构的安全型，保证施工的质量安全。
2.工程概况
该场区位于深圳市盐田区梧桐山山麓望基湖水库附近。场地东、西、北三面环山，南侧为出口，地势不平，中间有河谷发育，水源清澈，水量一般，水流较湍急，停车场主体南北向长约307m，东西向宽约110m。场地内既有建筑物主要为警犬基地（临近水库）。
其中，本次设计为该项目高边坡路基的边坡挡墙支护工程，挡墙支护长度约1755m，支护高度一般约在3.0～48.0。挖方区高边坡支护方案为：桩锚+分级放坡+锚杆框架支护、仰斜式挡墙+分级放坡+锚杆框架支护等；填方区高边坡支护方案主要为扶壁式挡墙+加筋土挡墙支护。
3.工程地质条件
（1）地形地貌及周边环境：拟建场区原始地貌为丘陵，植被密集，地形起伏较大，场地东、西、北三面环山，南侧为出口。
（2）地层岩性：场地揭露到的地层主要有第四系松散地层、燕山期中细粒花岗岩、侏罗系凝灰岩等。
（3）地質构造：与本工点相交断层为非活动性断裂，深圳地带的现今的活动量微弱，至目前尚未发现明显的应力和能量集中迹象，近期可排除突发性活动的可能性，地壳相对基本稳定。
（4）水文地质条件：拟建停车场在梧桐山山麓望基湖附近，地表水主要为由基岩裂隙水发育而成的山谷河流水，水源清澈，水流湍急，水量一般。
4.停车场高边坡稳定性评价
4.1平面有限元分析
本次采用商业有限元软件Plaxis8.2进行建模。根据设计图，针对WJH-003、WJH-029、WJH-053三个典型剖面，分析拟建支挡结构的变形、内力以及安全稳定性系数（图4.1.1）。
4.2计算模型
在边坡荷载作用下，支挡结构及坡体的受力变形可以简化为平面应变问题，因此可以简化为2D模型进行计算分析。三个断面的计算模型及单元网格见下图。
4.3支挡结构计算参数
按照2D模型简化后，支挡结构的计算参数如下表。
4.4计算结果及分析
5.结论
高挖方填土边坡采用：桩锚+分级放坡+锚杆框架支护的支护措施，其边坡安全系数为2.348
一般性挖方填土边坡采用：仰斜式挡墙+分级放坡+锚杆框架支护的支护措施，其边坡安全系数为1.676
填方高边坡采用：扶壁式挡墙+加筋土挡墙支护支护措施，其边坡安全系数为1.954
通过对3个典型断面的计算可以看出，高挖方的安全系数为和填方边坡变形、支护结构强度都在允许的可控范围内，边坡稳定安全系数>1.35，满足边坡稳定性要求。
参考文献
[1]王恭先.滑坡防治技术.北京：中国铁道出版社，2007.
[2]张井泉.高填方边坡稳定性研究.四川：西南交通大学，2009.
[3]罗顺飞.某高边坡预应力锚索抗滑加固优化研究.广州：广州工业大学，2013.
[4]Romana M，SMR Classificatiaon in proc.7th ISRM congress，1991.
[5]陈希哲.土力学与地基基础.北京：清华大学出版社，2004.
作者简介
公路隧道围岩稳定性分析与支护 篇3
在世界经济不断的飞速发展过程当中, 我国的公路隧道建设工程在施工技术上得到了很大的突破与改进, 这促进了我国公路隧道建设的发展, 如今, 我国所拥有的公路隧道已经占据了世界之首, 成为了当今公路隧道拥有量最多的国家。但是公路隧道建设工程在建设的过程中十分的复杂繁琐, 必须充分考虑各种各样的因素影响, 所以我们必须要事先做好对这些因素的调查, 这样才能更好的建设公路隧道, 完成建设目标。
1 公路隧道围岩稳定性的研究方法
在世界飞速发展的现代社会中, 我国的公路隧道建设工程越来越多, 所以如何安全的建设公路隧道工程就成为了公路建设的关键, 然而隧道围岩的稳定性作为公路隧道建设的重点, 已经有许多的学者对它进行了全面的研究探讨, 以下几点是具体的研究方法:
1) 力学分析方法。
在一些深埋的隧道当中, 隧道围岩的岩体大多数都具有比较强烈的流变性, 反之, 一些浅埋的只具有比较明显的流变性, 所以岩体的这些特性被用来进行公路隧道的围岩稳定性的力学分析, 这个理论很好的利用了地质的变化, 运用数学的力学原理来计算公路隧道围岩的应力分布状况, 这有助于分析公路隧道围岩的稳定性, 也有助于增强工程的质量。
2) 人工智能法。
在最近的几年当中, 计算机网络技术随着时代的进步在飞速的发展, 所以力学分析在分析公路隧道围岩的稳定性当中已经不再是唯一的方法, 随着计算机的迅速发展, 遗传算法和神经学科等人工智能学科得到了快速的兴起, 它成为了很多学者提出公路隧道围岩稳定性分析方法的理论基础, 成功的利用了人工智能这个学科对公路隧道围岩的稳定性进行了合理的分析和判别。
3) 围岩分类法。
在各个公路隧道围岩稳定性的分析方法当中, 围岩分类法是其中运用最多的相对比较简单的方法, 公路隧道围岩的稳定性分析通过RQD, RMR, Z系统, Q系统这几个分类方法对围岩的岩体来进行分类, 但是因为围岩的岩体会受到许许多多方面的影响发生变形或者破坏机理, 所以必须采取模糊数学这个方法来进行处置。
2 公路隧道围岩稳定性的影响因素
我国的公路隧道在我国公路建设过程中占据着重要的地位, 所以笔者在下文中分析几个影响公路隧道围岩稳定性的因素, 具体如下:
1) 围岩的岩体的坚硬程度。
围岩主要分为两种, 一种是包括粘土岩、吸水易膨胀岩和破碎松散岩等几种岩类的塑性围岩, 另一种是包括各种强度比较高的硬质岩石。这两类围岩各自有各自的特性, 但是它们的特性也让我们明白了围岩强度的影响因素是岩石的岩性。不同岩性的围岩它们的物理力学性质也大大的不同, 围岩的坚硬程度决定了公路隧道围岩的稳定性, 表1是不同的岩石的物理力学的参数表, 可以让我们一目了然的了解岩石的强度问题。
2) 岩石的地质构造原理。
岩体是地质经过大自然长久的年月累积所形成的不同结构的一种岩石, 它由于地质的运动和平移, 使得岩体在这个过程中形成了各种各样的地质结构界面和形状, 这些结构界面对围岩的稳定性有着重大的影响, 经过专家分析, 岩体在地质活动中变质的次数越多, 活动就越强烈, 公路隧道围岩的稳定性就越差, 反之, 变质的次数越少, 活动就越弱, 公路隧道围岩的稳定性就越好[1]。
3) 地下水。
我国作为拥有公路隧道最多的国家, 公路隧道所引起的事故也有很多, 但是在这些事故中, 隧道的塌方事故在这其中占了很大的一部分, 而塌方的原因大多数都是因为地下水的活动所引起, 地下水的活动使得围岩受到物理和力学的作用, 影响了公路隧道围岩的稳定性。
3 公路隧道的支护
在公路隧道施工过程中, 要使得公路隧道的建设更加的坚固, 必须要和围岩一起建立一个能够承受各种负载的隧道架构, 我们称之为支护。
以下是公路隧道的几种支护方式:
1) 隧道的超前支护。
公路隧道的超前支护是一种保证隧道安全进出洞口的有效的辅助施工的措施, 它可以在一定的时间内支撑隧道围岩的岩体, 使得隧道围岩的稳定性得到一定的保障, 表2是隧道超前支护的常用类型, 可以清楚的了解每一个类型的适用条件。
2) 锚杆喷射混凝土支护。
锚杆喷射混凝土支护措施主要是通过锚杆和混凝土与围岩相互作用形成一个结构, 这样可以防止隧道围岩的变形, 可以平均隧道围岩的受力程度, 也可以防止岩体坍塌。锚杆喷射混凝土支护在施工的过程中所需要采用的锚杆的数量、中间隔的距离、喷层的厚薄、深度以及肋形支撑的尺寸都要根据测量的情况来确定[2]。
3) 二次衬砌支护。
对隧道进行二次衬砌的支护是为了保证公路隧道工程建设完成后围岩的稳定性, 保证隧道不会坍塌, 保证它运行的安全性。二次衬砌支护方式在施工过程中要事先做好二次衬砌的内力计算, 这样才能知道施工过程中的受力情况, 才能很好的进行施工, 图1是公路隧道二次衬砌支护施工的施工工艺图, 这能让我们更好的了解二次衬砌的施工技术过程[4]。
4 公路隧道支护的注意事项
公路隧道在进行支护施工过程中, 必须要明白施工前、施工中的注意事项, 这样才能保证支护施工完美的进行。在支护施工前要注意做好需要材料的购买和督促材料的及时送到, 还必须做好施工人员工作前的培训和做好承包合同的签订和考核, 施工前的准备工作是对后期工作的保证。在施工过程中要注意做好防水防火的工作, 并且要杜绝半幅施工的事情发生[5]。
5 结语
公路隧道建设是我国公路建设最重要的工程之一, 在公路隧道建设过程中, 公路隧道围岩的稳定性分析和公路隧道的支护是公路隧道建设的重要关键, 公路隧道围岩的稳定性分析是公路隧道围岩安全的重要保障, 它可以减少公路隧道施工过程中的安全事故的发生。公路隧道的支护措施能够很好的保护隧道的建设, 让隧道安全的竣工。
摘要：对力学分析方法、人工智能法、围岩分类法三种公路隧道围岩稳定性的研究方法作了介绍, 研究了公路隧道围岩稳定性的影响因素, 总结了公路隧道的支护方法及注意事项, 为公路隧道的建设提供安全保障。
关键词：隧道,围岩,稳定性,支护
参考文献
[1]徐林生.财神梁公路隧道施工稳定性的有限元数值模拟分析[J].公路隧道, 2009 (4) :1-3.
[2]廖军, 杨万霞.公路隧道开挖围岩稳定性数值模拟研究[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2010 (11) :165-168.
[3]吴文清, 严绍洋.公路隧道围岩变形分析[J].山西建筑, 2012, 38 (2) :180-181.
[4]宋成科, 王成虎, 黄禄渊, 等.结构面分布特征对隧道围岩变形影响的数值模拟分析[J].防灾减灾工程学报, 2012 (5) :611-616.
支护稳定性 篇4
随着国家经济的发展, 山区城市也得到长足的发展, 而早期一些的公路己不能满足日益增长的交通需求, 对一些旧路的改扩建也势在必行。旧路的改扩建就是在原有的路基础上进行技术改造, 加宽旧路路基和提高道路等级的一种技术措施。山区城市道路扩建中难免要对山体进行开挖, 由此形成大量岩体结构复杂、稳定性差的边坡, 在降雨及工程开挖扰动等因素影响下, 出现不同规模的变形失稳现象, 严重影响工程建设和运营期间的安全。因此, 考虑边坡的变形破坏机制, 准确地评价和预测其变形破坏模式, 对做出其适应的治理设计方案具有重要意义。
2 工程概况
场地地处南岭纬向构造北侧, 区内新生代以来未发生过地壳构造运动, 无活动断裂分布。K5+480~K5+620段边坡, 地貌单元为构造侵蚀丘陵, 山体呈北东走向, 与拓宽路基基本平行, 地形起伏较大, 下伏强风化泥 (碳) 质页岩, 岩土体水敏感性较强。根据地形及现场踏勘判断该区段曾经出现过滑坡, 且目前可能仍处于临界平衡状态, 局部地段在开挖的过程中出现失稳形成滑坡。K7+260~K7+580段边坡, 路线轴线走向呈东西向, 山体自然坡度20°~40°。原路堑边坡坡体西侧采用框格锚杆支护, 中段采用重力挡墙护坡, 东端为自然边坡, 坡体总体上处于稳定状态。
2.1 气象水文条件
该边坡段的地表水体主要有两类:其一原为季节性溪沟, 自东向西迳流, 施工期间水流通畅, 流量小。其二为经人工改造蓄水围成的五星水库, 现蓄水水位较低, 主供灌溉。地表水与地下水水位基本一致, 水的补给来源主要为大气降水及附近上游沟谷地表水的汇集, 次为地下水侧向迳流补给, 地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水, 地下水对边坡稳定有一定影响。
2.2 地层岩性
两边坡为土石边坡。根据钻探、地质调绘及室内试验结果, 结合边坡开挖所揭露的地层情况, K5+480~K5+620段路堑边坡坡体主要为含碎石亚粘土、强风化泥质页岩和强风化泥质页岩夹硅质岩。岩土层的特性如下描述:
含碎石亚粘土:分布边坡的表层, 系砂岩、硅质岩风化残坡积物, 主要成份为亚粘土, 局部含风化泥质页岩。
强风化砂岩夹硅质岩:中薄层-页理构造, 砂页层与硅质岩呈互层状, 风化裂隙较发育, 岩石较破碎。
强风化泥 (炭) 质页岩:主要为粉砂质页岩, 岩石较破碎-极破碎, 属强风化软岩-极软岩, 遇水易软化。
K7+260~K7+580段路堑边坡坡体主要为杂填土、含碎石亚粘土、强风化粉砂质页岩夹砂岩。
杂填土:主要为亚粘土, 风化砂岩碎石及块石组成, 松散, 透水性好, 高压缩性。
含碎石亚粘土:属砂页岩风化坡残积物, 主要成份为亚粘土, 局部含风化砂岩碎石。
强风化粉砂质页岩夹砂岩:主要为粉砂质页岩, 岩石较破碎-极破碎, RQD指标极差, 属于强风化软岩-极软岩, 遇水易软化。
3 边坡的稳定性分析与评价
3.1 K5+480~K5+620段边坡稳定性影响分析
3.1.1 影响坡体稳定性因素
在影响边坡稳定性或促成边坡滑动的诸因素中, 不良的工程地质条件和岩体结构条件是主要内因, 岩体内结构面特别是软弱结构面对边坡岩体变形及边坡失稳破坏起控制作用, 边坡的变形破坏主要受软弱结构面及其与坡面组合特征的控制[1]。K5+480~K5+620段坡体地层走向呈北东向, 地层褶皱强烈, 砂页岩、炭质页岩产状零乱, 但总体呈陡倾状, 倾角50°~80°, 与坡向呈顺向斜交, 但倾角大于坡角。
在非地质因素中, 影响边坡稳定性的因素主要为强降雨、人为开挖坡脚及爆破等, 滑坡的发生和发展绝大多数是由降雨或水的作用触发的。该处边坡上覆强风化砂岩夹硅质岩, 节理裂隙较发育, 下伏强风化泥 (炭) 质页岩为不透水层。降雨后地表水在上覆强风化砂岩夹硅质岩下渗速度快, 而下伏强风化泥 (炭) 质页岩为不透水层, 因此, 在岩层交接处很容易形成富水带, 水对下部岩体软化, 并增加了块体的后缘静水压力, 易形成滑动面。边坡为中倾角顺层岩质边坡, 岩体结构具明显的分区性, 岩体中发育与开挖面大角度相交的陡倾角挤压带或节理密集带, 可形成块体滑移的切割面。边坡开挖改变了坡体原来的力学平衡条件, 前缘抗力相对降低, 加之施工过程中的扰动, 使得岩体松动, 结构面进一步张开, 更加有利于地表水的入渗和岩体的变形。考虑到初期, 施工单位对坡脚的开挖, 坡体出现了滑坡现象, 有的部位有地下水的逸出, 表明坡体处于极限平衡状态, 如果不对其采取相应的支护措施, 坡体还会继续滑塌 (图1) 。
3.1.2 边坡稳定性数值模拟分析
为了解开挖对边坡变形破坏的影响, 本文基于FLAC3D程序对其分别进行数值模拟。本次数值分析基于K5+540剖面图基础上进行分析, 剖面图如图2所示, 考虑到初期对脚脚的开挖造成了坡体的滑塌, 设计根据现场情况对坡体进行台阶式放坡, 每级台阶平台宽2m, 高8m, 下部强风化泥质页岩采用1:1.5放坡, 上部强风化硅质岩采用1:1.25放坡。
在FLAC中, 对于弹塑性材料, 其破坏判据准则有两个:德拉克-普拉格准则和莫尔-库仑准则, 本文选择莫尔-库仑准则[2]。计算模型中采用的各岩土层力学参数包括容重、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、抗拉强度等, 根据所提供的土工试验成果及岩土试验成果, 经综合分析确定, 如表1所示。
边坡开挖后应力应变状态模拟见图3、4。
由图3、可以看出三级边坡中岩层交界面已出现贯通性塑性屈服现象, 说明边坡开挖后, 剪切面已逐渐贯通, 边坡整体处于加速蠕动阶段。从图4可以看出坡体三、四、五台阶Z方向位移量较大, 容易产生滑塌, 沿着岩层交界面产生滑塌。FLAC在边坡稳定性分析中采用强度折减法, 计算出边坡开挖后稳定性安全系数Fs=1.14。边坡开挖后, 坡体变形破坏状态处于缓慢蠕动变形阶段, 如果地质环境条件恶化, 或工程扰动, 必将进一步变形破坏直至失稳。
通过对该路堑边坡稳定性的数值模拟分析可知:边坡开挖后在天然状态下处于缓慢蠕滑阶段, 剪切面已逐渐贯通, 坡体上部强风化砂岩夹硅质岩有向下滑动的趋势。路堑边坡最危险剪切面为上部强风化砂岩与下部强风化泥质页岩交界面。因此, 对该路堑边坡开挖过程中必须加强支护, 对上部强风化砂岩夹硅质进行锚固处理, 严格控制坡体的变形量。
3.2 K7+260~K7+580段边坡支护计算
K7+260~K7+580段边坡, 由于坡体支护有一定的年限, 所以坡体处于一种稳定状态。为减少对坡体的原有支护结构的扰动破坏及坡顶上部有电塔需要保护, 采用桩锚支护。
桩锚支护的加固机理是依靠桩本身的抗弯及抗剪强度及锚索的拉力抵抗滑坡推力。预应力锚索支挡结构是一种柔性支护结构, 具有抗滑能力大, 对边坡的挠动少, 能够较充分的利用边坡土体的自身强度“自稳”等特点。预应力锚索抗滑桩结构的抗滑能力取决于各个部件承载力大小, 其抗滑能力取决于该结构体系各个环节中共同相互作用最薄弱环节。
桩锚支护的计算原理:
如计算简图5所示, 假定A点铰结无移动, 灌注桩埋在地下亦无移动, 按地下简支计算。
⑴求桩的埋入深度先对A点取矩, 令MA=0, 埋入深度为x, 可以求得桩的嵌固深度。
⑵求锚拉力已求得x, 可以令MB=0, 求得锚固力TA[3], K7+260~K7+580段边坡坡体东侧采用格构锚杆加固, 中间采用重力挡墙护坡, 西侧为自然坡面, 为了充分利用原有的护坡结构, 并减少对山坡的刷坡, 设计采用桩锚支护, 计算剖面见图6。
道路需开挖扩建至支护桩处, 悬臂段8m。由于目前道路施工完成很长一段时间, 坡体处于一种稳定状态。因此, 设计计算考虑采用置换法, 即用锚索的拉力以及桩的刚度取代坡体稳定时的土压力。支护桩背侧的土压力可以考虑为桩前侧的静止土压力E0。根据地下简支一、二计算, 可得出嵌固深度x=4.7m, TA=196k N。由于计算考虑为静止土压力, 而坡体呈一定的角度, 所以在土压力的取值时, 还可以进行一定的折减。
支挡桩支护边坡的位移减小、最危险滑动面变浅, 因此发生滑动的可能性、规模及危险性都相对减小[4]。只要支挡桩体有足够的强度、抗弯刚度和锚固端长度, 就可以很好地抑制边坡的变形和失稳。抗滑桩支护能明显提高边坡的整体稳定系数, 对维护坡体整体稳定性有较好的效果。支挡桩施工方便, 间隔开挖桩孔, 对坡体的原有应力、应变影响小, 减少了对山体刷坡式的开挖, 对环境破坏小。
4 结论
⑴由K5+480~K5+620段边坡数值模拟得出:路堑边坡开挖后, 顺层岩质路堑边坡最大位移出现在临空面附近, 最大剪应力集中在强风化砂岩夹硅质岩与强风化泥质页岩的交界面, 在该部位位移量相对较大, 坡体可能沿此处发生整体牵引式顺层滑移破坏。因此在设计时对上部分岩体进行锚固处理, 控制坡体的变形, 避免在开挖过程中出现顺层滑动。
⑵通过对郴资桂俩相似边坡的稳定性分析评价及治理, 两坡体都没出现异常现象。K5+480~K5+620采用台阶式放坡开挖, 土方量相对较大, 开挖时对坡体的扰动, 坡体开挖促使边坡应力场重新分布, 劣化了边坡的工程地质条件。同时刷坡式开挖使得坡体原有的不利的结构面充分暴露, 在降水及人为扰动等外部因素影响下, 增大了坡体不稳定安全因素。
⑶K7段采用支挡桩支护, 用桩的刚度和锚索的拉力取代原有桩前土体对坡体的的土压力, 减少了土方量的开挖及坡体扰动, 尽可能的维持了坡体原有的应力状态, 也避免了刷坡式开挖对环境的破坏。因此, 在对旧路改扩建工程及其他边坡的治理中, 宜综合考虑各方面影响因素, 因地制宜。采取合理的支护方式, 确保坡体的安全, 减少对环境的破坏, 节约成本。
参考文献
[1]黄润秋, 赵建军.汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究.岩石力学与工程学报[J], 07, 第26卷, 第2期
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[3]余志成, 施文华—深基坑支护设计与施工[M], 96
桩锚支护条件下深基坑稳定性分析 篇5
1 工程概况
该工程位于旧城区, 处于居民区中, 空间狭小, 周边道路狭窄, 人员密集, 边界条件较为复杂。该项目拟建地下两层, 地上二层的住宅, 基础埋深12.36 m, 局部13.36 m和13.86 m。
勘察报告将勘探深度 (最大深度26.00 m) 范围内的土层划分为两大类:人工堆积层和第四纪沉积层, 并根据各土层岩性及工程性指标进一步划分为6层。
2 桩锚支护
桩锚支护是一种应用广泛的基坑支护方法, 一般在基坑四周设置钢筋砼灌注桩, 用连梁连接各桩顶, 随基坑深度变化, 在桩间土处施加不同数目的预应力锚杆, 增强基坑的边坡稳定性及安全性。
2.1 支护方案设计
本方案采用直径600 mm的钢筋砼护坡桩, 中心距1200 mm, 为了减少坡顶位移和施工便利, 桩顶全部位于自然地面下300 mm处。根据基坑不同边界条件, 选取3个剖面进行支护方案设计并选取相应的支护参数。
2.2 支护结构验算
基坑整体安全及抗倾覆稳定性验算。
(1) 整体稳定性验算选用圆弧法[2], 其中土条宽度为0.4 m;安全系数由式 (1) 得出。
式中MR为抗滑力矩, 由式 (2) 确定; MT为滑动力矩, 由式 (3) 确定。
式中R圆弧半径, φ 为内摩擦角, Qi为第i个土条重量, c为粘聚力, L为圆弧AB的总长度, αi为法向分力Ni与垂线之间的夹角 (图1) 。
求出圆弧半径R=16.233 m, 整体稳定安全系数K=1.498>1.300, 安全。
(2) 抗倾覆验算[2]是由式 (4) 求出安全系数进行验算。
式中MP为抗倾覆力矩, 由式 (5) 确定; MA为主动土压力对桩底的弯矩, 由式 (6) 确定。
式中W为支护结构自重, Pax为主动土压力的水平分力, Pay为主动土压力的竖向分力, a、b、h分别为W、 Pax、 Pay对O点的力臂, 如图2所示。
3 数值模拟
3.1 有限元模型的建立
根据桩锚支护设计参数, 建立有限元模型。模型网格见图3。采用嵌入实体的方式以模型节点耦合, 利用实体生成模型, 在建筑物与土体或土体与开挖面的接触面输入嵌入实体的指令。在进行数值分析前, 应当检查所划分网格的自由面, 模型内部严禁自由面的存在。
在本方案涉及的3种剖面类型中, 仅分析最不利于安全的剖面, 支护结构模型见图4。通过定义激活及钝化单元来模拟基坑的分步 (4步) 开挖及支护结构, 确保基坑开挖工况于实际施工一致, 保证分析结果的正确性。
3.2 数值模拟结果
3.2.1 水平位移
支护结构变形分为水平位移和沉降, 而水平位移对支护结构和周围环境的安全性的影响占据主导, 该文只关注水平方向位移的影响。支护结构水平位移的大小直接影响基坑周围土体沉降量。沿着基坑壁每隔1 m距离依次向下取15个节点, 绘制出桩锚支护水平位移曲线如图5所示。
该模型设置开挖工况时, 在开挖2层土体后对第一道锚杆施加预应力, 比较锚杆施加预应力前后支护结构水平位移的变化规律, 从图6中可以发现, 未施加预应力时, 护坡桩处于悬臂状态, 桩身水平位移沿桩轴方向下减小。施加预应力后, 桩身位移减小趋势更为明显。由此可见锚杆施加预应力后, 可以有效控制基坑沿水平方向的变形。
3.2.2 周围土体沉降
基坑开挖过程中, 由于土体开挖卸荷, 基坑周围土体会发生塑性运动, 分别向基坑内部和底部运动, 这是造成基坑周围地表沉降的主要原因。支护结构水平位移量也会对沉降量产生影响。最终开挖工况下竖向位移色谱图如图7所示。自基坑边缘向外的同一直线上每隔3 m依次取9个节点, 绘制出本支护形式沉降曲线如图8所示。
3.2.3 基坑底部土体隆起分析
基坑支护结构底部土体卸载表现为基坑底部隆起[3]。由于开挖造成的土体卸荷、支护结构自重影响以及地面超载的作用下, 基坑底部土体向坑内移动, 造成底部隆起的现象。沿基底以7 m为单位依次取3个点进行变形分析, 如图9所示。
4 结语
由以上分析可以得出以下结论。
(1) 支护结构的水平位移从地表到坑底呈现逐渐减小规律。在开挖基坑内土体时, 由于卸荷作用, 开挖侧土体对护坡桩桩体的土压力随之降低, 开挖深度范围内支护侧土体向基坑内移动, 使得开挖面下部土体产生负位移。由于桩体嵌固深度的作用, 负位移出现在开挖深度以下0~2 m范围内。
(2) 随着开挖深度的加深, 基坑坑壁的水平位移也逐渐增大。当开挖完成后, 护坡桩的桩身水平位移达到最大值, 为10.1 mm, 发生在-3 m位置处。
(3) 基坑周围地表沉降呈现抛物线分布, 其变形量具有先增大后减小最后归于零的规律。周围地表沉降的影响范围随着基坑开挖深度的加深有扩大的趋势, 同时地表沉降量也随之增大。本工程基坑最大沉降量为15.6 mm, 发生在距离基坑13.4 m远处。
(4) 基坑底部土体隆起量与基坑开挖深度成正比关系, 且在基底开挖面中央区域出现最大隆起。这种现象主要是由两个方面引起, 一是支护结构的弹性模量较土体较大, 基坑底部的土体要承受支护结构变形引起的作用力, 呈现坑底隆起;二是水平应力的存在, 当支护结构底部的土体向上运动时将会产生负摩擦力, 呈现坑壁周围土体的隆起量小于基坑中部。
参考文献
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支护稳定性 篇6
在基坑、边坡等建筑施工结构中, 复合土钉支护技术得到了很大的应用, 在结构支护施工中, 除了采用土钉作为主要的加固技术, 还可以将这种技术和地基处理技术进行结合, 形成一个协同工作的支护工艺。复合土钉支护技术在发展中经过了漫长的过程, 是在土钉支护技术基础上发展起来的。复合土钉支护的目的就是为了更好使土木工程中的护坡桩活连续墙施工, 能够对土木工程的边坡进行稳定。在支护工程中, 无论是应用土钉支护技术, 还是应用复合土钉支护技术都需要土钉组件。土钉的使用目的是为了更好的对土体进行加固和锚固作用, 是一种在土体中的细长杆件。在建筑工程护坡施工中, 一般的施工方法是在土中进行钻孔, 然后将变形钢筋置入孔洞中, 接下来进行注浆施工。土钉的钉体在材质方面通常是钢管和角钢, 这样能够在施工的时候将其直接放置在土中。土钉加固和锚固过程中还要将土钉依靠在土体之间, 对界面产生的粘结力和摩擦力进行利用, 在土体变形的时候受到被动受力, 因此能够承受拉力。
1 复合土钉支护技术应用研究
在国外, 土钉支护技术的应用时间比较早, 在很多的国家出现了对这种技术进行研究开发的情况, 这种技术的出现对建筑工程施工是一项全新的技术, 同时, 在施工中, 也是一种应用效果比较好的技术。土钉支护技术在发展过程中经历了非常漫长的过程, 而且, 在研究过程中, 进行了很多的实验, 在最先研究这种技术时, 相关的人员对施工现场的情况进行了实测, 然后建立施工模型, 对土钉技术的应用效果进行分析。在上个世纪九十年代, 对土钉支护技术的研究非常活跃, 而且形成了土钉支护技术的国际合作研究, 对很多的研究项目和工程经验进行了总结, 然后编制了土钉支护技术的文件, 对施工中的相关设计进行了说明, 对施工技术进行规范化要求。
我国对土钉支护技术进行应用时间比较早, 最早在城市基坑开挖支护施工中得到了很好的应用。很多的研究人员建立了研究小组对土钉支护技术进行了模型试验和现场检测, 对其内部稳定性的提高提出了简化计算方法。在科学技术水平不断提高的情况下, 土钉支护技术也有了新的发展, 一些研究人员对插筋补强护坡技术进行了研究, 在研究过程中做了很多的模型试验和现场检测, 并且在以后的研究中对稳定性分析有很大的进步。对土钉支护稳定性进行分析, 也开展了一些研究工作, 这些研究工作的开展需要进行大量的研究, 因此, 对研究人员的技术水平和知识构成也有严格的要求。
2 复合土钉支护的作用机理
对复合土钉支护作用机理进行分析, 对其以后的应用研究有很大的帮助, 同时, 在建筑工程施工中也能获得更好的效果。复合土钉支护的作用机理主要分为以下几点。水泥土搅拌桩在支护方面作用非常好, 能够对基坑边坡的边壁土体的自立性和隔水性问题有很大的作用, 在边壁土体含水量过大的情况, 会导致网喷混凝土面层和土体之间出现不能很好粘结在一起的情况, 进而出现了喷层的水泥土搅拌桩不能和土体粘结在一起的情况。水平土钉的压密注浆以及二次压力灌浆能够增强土钉的抗拔力, 在浆液渗透的作用下, 能够对土体起到非常好的加固作用。在支护中, 出现较长的深度, 这样对坑底出现的隆起和渗流问题能够进行解决。复合土钉的支护形式比较多, 因此, 在作用机理方面也存在着很大的不同。复合土钉的作用机理和很多的复合形式之间有很大的差别, 因此, 不能对所有的复合形式进行统一的分析。复合土钉支护作用机理和各个分支体系以及组件的作用机理具有很大的相关性, 因此, 在复合土钉支护作用机理下, 土钉的支护作用机理仍然具有很大的效果。
3 复合土钉支护的稳定性分析
在复合土钉支护的稳定性分析研究中有以下方面:滑移面的确定从根本上来讲主要是由土层性质决定的, 坡角和地面荷载也有影响。从另一方面来讲, 若考虑滑裂面的移动, 基本上是所确定的滑裂面与坡顶面交点到坡顶点的还要大于基坑的深度, 那么相应的安全系数也不能反映边坡的稳定安全程度;坡角对安全系数有较大的影响, 坡角减小, 安全系数增大;土钉加长, 安全系数增大, 但增大到一定的程度时安全系数不再增加, 在设计土钉长度时, 要把土钉的粘结强度与土钉钢筋的抗拉屈服强度结合起来考虑;土钉间距对安全系数有很大的影响, 土钉间距越小, 安全系数越大, 而且不存在收敛某一值不再增加的问题。所以最终支护完毕的安全系数并不是最小安全系数, 因此在施工过程中, 主要考虑最不利因素, 要有足够的安全储备。
4 结束语
复合土钉的支护时土坡的稳定安全系数和最危险滑裂面的确定对其稳定性有很大的影响, 对其复合土钉的稳定性进行分析时, 具有很大的意义。土体中水分含量对土体的稳定性也具有很大的影响, 因此, 可以设置超前桩, 这样对基坑的边壁稳定性进行提高, 在搅拌的时候增加深层搅拌, 对提高抗滑移动安全系数进行提高。增设预应力锚杆和预应力土钉能够对基坑的边壁位移情况进行影响, 对提高滑移面上的土体抗滑力有很大的影响。对复合土钉支护技术的应用实例进行分析, 对不同的地质条件应用情况进行分析, 能够在边坡支护方面得到更好的施工效果。
摘要：近年来, 我国的经济得到了很大的发展, 经济快速发展也带动着很多的行业获得进步, 其中, 建筑行业的发展就非常大。建筑行业在不断发展过程中, 施工方法和施工技术也在发生着很大的改变, 文章对复合土钉的支护稳定进行了分析, 对其应用情况进行了研究, 对这种施工技术的应用以及发展动态进行掌握, 能够在建筑工程施工中进行更好的应用。对复合土钉支护的主要构型以及支护的原理进行分析, 对其复合土钉支护的稳定性分析有很大的作用。
关键词：复合土钉支护,稳定性,应用
参考文献
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支护稳定性 篇7
关键词：深基坑,砂卵石地层,桩锚支护结构,现场监测,数值分析
1 引言
高层建筑和城市地下工程的发展,使桩锚支护结构在深基坑工程中的应用越来越广泛。而传统的桩锚支护结构的计算方法,如:弹性地基梁法等,得到的内力和变形与实测值有一定的差距[1]。为了准确获得桩锚支护结构的受力情况和土体压力的变化情况,现场实测就必不可少。刘国彬等[2]通过对上海软土地层某基坑不同开挖阶段的现场测试,得出了开挖卸载下土体压力的变化规律。杨林德等[3]将现场信息采集、优化反演参数和围护结构变形、稳定分析进行有效结合,对基坑支护位移和安全性监测建立了动态预报技术。汪中卫等[4]根据深基坑实测的变形规律,考虑了应力历史及应力路径对支护结构土体压力的影响。李俊才,岳颖锋等[5]对软土地基支护进行了结构设计改进,获得与实测结果相对一致的结果。也有很多学者,通过数值计算和现场监测数据分析,保证了深基坑、地下工程和周围环境的稳定性[6,7,8,9]。然而,以上现场监测都是基于软土、粘土地层条件,而对砂卵石地层条件现场监测相对较少[10,11]。另外,由于基坑开挖和支护结构施工都是动态过程,支护结构的受力和变形,土体压力都是随时间不断变化的,因此,考虑施工过程的影响也是必要的。
本文通过FLAC3D计算软件,对成都砂卵石地层某基坑桩锚支护体系进行了实时模拟,分析了不同开挖阶段桩锚支护体系的变形特性,以及基坑土体位移的变化情况,并与实测结果进行比较,研究了土体压力、桩体弯矩、锚索拉力与桩体水平位移的关系。
2 工程概况
该深基坑工程项目位于成都市青羊区,场地内钻孔揭露地层第四系全新统的人工填土、第四系全新统冲积层砂土和卵石土。土层结构由上而下划分为:杂填土、粉土、细砂、卵石。勘察钻孔未揭穿卵石层。基坑场地内各地层物理力学详细参数见表1。拟建场地在地貌上属于岷江水系I级阶地,地下水类型主要为赋存于第四系冲洪积砂卵石层中的孔隙潜水。上部杂填土和粉土中赋存少量上层滞水,主要由地表水、大气降水补给,卵石层透水性良好。砂卵石层中的孔隙潜水具微承压性。
拟建楼房设3层地下室,地下室开挖至垫层底为14.25m(主楼区域开挖埋深为14.95m),基础采用筏板基础。主楼为20层,高82.1m,裙楼为6层,高23.15m,结构型式为框架剪力墙结构。基坑围护结构采用桩锚支护,锚索材料为钢绞线。桩体直径为1.0、1.2m,桩长18.2-19.2m之间,锚索长度15.0-20.0m之间,如图1所示。为研究砂卵石地层桩锚支护体系的受力特征,保证基坑的稳定性,对基坑施工全过程进行了三维有限差分分析。
3 计算模型及结果分析
计算软件采用Itasc公司开发的FLAC3D计算软件。模型基本网格单元,如图2所示。考虑砂卵石地层的情况,模型中土体单元采用摩尔-库伦模型。冠梁采用理想的弹性体单元。支护结构中桩体单元采用“pile”单元模拟,锚索采用“cable”单元,喷射混凝土采用“shell”单元,如图3所示。利用“零模型”方便的实现计算单元的开挖。模型充分考虑了基坑开挖的影响范围,共计676377个单元。
3.1 计算过程
整个计算过程的实现大体分为几个步骤:(1)建立深基坑影响范围内的土体模型,平衡求得初始地应力;(2)进行桩体施工,待计算完毕后,再次进行单元的平衡;(3)依照实际施工情况,进行分步开挖;(4)进行冠梁部分的施工计算;(5)在开挖过程中,在工程的实际位置,添加锚杆和喷射混凝土。
3.2 计算结果及分析
桩锚支护体系是边开挖,边做锚索,实施喷射混凝土。计算得到了不同开挖阶段,不同施工深度,基坑的沉降、水平位移等值线图,以及土体压力、桩体弯矩、锚索拉力的变化曲线图。图4所示,整个开挖过程,随着开挖深度的发展,紧靠支护结构的土体沉降变化越来明显,而桩体单元也出现明显的水平位移,最大值出现在距离地面6m左右的位置,故在桩体-4—-9m之间设置锚索是合理的,有必要的。
图4(a),(b)显示了基坑开挖4m,此时支护结构最大水平位移值为10.4mm,发生在基坑底部附近。从沉降等值线图中可以看出,紧靠支护桩体后土体有沉降的情况,最大值为1.6mm,而基坑坑底隆起量为12.83mm。由此可见,在桩体施工过程中,对砂卵石地层的扰动,使得桩后土体出现一定的沉降固结特性。冠梁对桩体的水平位移起到了很好的限制作用,桩顶位移不大。
图4(c),(d)显示了基坑开挖9m,此时支护结构最大水平位移值为59.4mm,发生在距离基坑顶面5m的位置上。从沉降等值线图中可以看出,紧靠支护桩体后土体沉降明显,最大值为42.7mm,而基坑坑底隆起量为63.2mm。随着基坑开挖深度的增加,支护结构后土体的变形明显,出现一定的塑性破坏区,这与砂卵石粘聚力小,孔隙比大的性质相关,同时,最大水平位移增加明显,出现位置略有下降。从基坑的隆起量来看,最大隆起量出现在基坑中心和靠近桩体两个位置处,说明土体有绕过桩体的情况。
图4(e),(f)显示了基坑开挖15m,此时支护结构最大水平位移值为81.2mm,同样发生在距离基坑顶面9m的位置上。从沉降等值线图中可以看出,紧靠支护桩体后土体沉降明显,最大值为68.1mm,而基坑坑底隆起量为66.8mm。随着基坑深度的进一步增加,支护结构后土体的塑性破坏区越来越大,并趋于稳定,同时,最大水平位移的位置逐渐下移。从基坑的隆起量来看,和开挖至9m相比,变化不大,说明土体绕过桩体的趋势基本稳定,基坑整体处于稳定状态。
基于以上分析可以得出,在初始阶段,由于冠梁的作用,支护结构的水平位移较小,随着基坑开挖深度的增加,支护桩体的水平位移不断加大,且逐渐稳定在-9m的位置。砂卵石地层的粘聚力小,孔隙比大的性质,使得支护桩体后的土体出现较为明显的沉降和塑性破坏,基坑坑底的隆起量出现在基坑中心和靠近桩体两个位置处,这与土体绕过桩体的现象有关,但由于砂卵石地层良好的物理力学性质,使得这种绕桩趋势并不明显,且能较快的稳定下来。就本实例而言,成都砂卵石地层中使用桩锚支护体系可以对基坑的稳定性起到很好的作用,保证了基坑的安全。
4 现场监测及结果分析
为了保证基坑的稳定性和施工的顺利进行,分析支护结构的内力变化情况,对基坑的施工过程进行了动态监测。主要监测内容有:桩体所受的土压力,桩体的钢筋应力,锚索的拉力。监测点布置如图5所示。
4.1 桩体后的土压力
土压力监测围绕基坑布置在坑壁人工挖孔桩的外侧,布置时考虑基坑形状尺寸、周围环境的影响。每根桩分别在-1.5m、-4.0m、-6.5m、-8.8m、-10.3m、-11.8m、-13.3m、-14.8m断面各布置一个土压力计,共计8个。根据设计竖直间距在人工挖孔桩的孔壁上相应位置掏孔埋入土压力计,在孔内将数据采集线穿过设置好的PVC管引至地面。
从图6(a)可以看出,砂卵石地层条件下基坑开挖前和开挖各阶段作用于围护结构上的实测土压力呈不规则的非线性分布规律,基本呈类波状递增,且实测值相对较小。
在整个基坑施工过程中埋深-2m处的土压力变化稳定,实测值与计算值变化趋势基本相同,其原因在于冠梁对桩顶有约束作用,限制了桩体的上部变形。随着开挖深度的加大,整个桩身土压力经历着非常复杂的变化,土压力是一个动态变化的过程,与开挖深度和桩体变位有着密切的关系。
基坑开挖完毕时,实测值和计算值都表明,土体压力在深度12m以下开始随着开挖深度的增加而减小。这说明对于砂卵石地层,在一定深度处“自立拱”效应,并且从数值上来看,这种效应比粘性土更为明显。
4.2 桩体弯矩
在基坑开挖过程中,通过检测桩体的钢筋应力,来获得桩体弯矩。钢筋应力计布置位置如图5(b)所示。测试结果和计算结果如图7所示。
从图7可以看出,桩体弯矩随着基坑开挖深度的增加而增加。在不同深度处,由于锚索拉力的作用,使得弯矩增量不同。从弯矩沿深度的分布来看,弯矩最大值出现在-10m的位置处。基坑开挖完毕后,沿桩身弯矩出现两个反弯点,这两个反弯点出现在-4m和-10m的地方。反弯点的位置由锚索的位置决定,这与上述数值计算结果相符。然而,基于砂卵石地层,本次监测的最大的弯矩值为30.2kN·m,远远小于计算值974.4kN·m。这一点说明基坑开挖过程中,由于砂卵石的力学强度较高,使得桩体桩体相对位移较小,因此桩体受力较小,对基坑的稳定是非常有利的。同时也说明,在正常工作状态下桩内钢筋应力偏小,桩身强度远远未充分发挥,存在较大的安全储备。
4.3 锚索拉力
锚索拉力是反映锚拉支护结构安全状态的指标,测得锚索实际拉力随时间的变化情况,对基坑的安全稳定有重要作用。锚索拉力随时间的变化曲线如图8所示。
锚杆的拉力随着时间的推移也在增长,说明锚杆在逐渐发挥着锚固作用。当基坑开挖完毕后,锚索拉力逐渐稳定,从测试结果来看,第一道锚索稳定在76.0kN左右,而第二道锚索稳定在106.5kN左右,远未达到锚索的设计值。这说明桩体位移在可控的范围内,基坑是稳定安全的。
5 结语
本文对砂卵石地层深基坑开挖,桩锚支护体系的稳定性进行了三维数值计算与实测研究,结果表明:
(1)支护桩体的水平位移随基坑的开挖不断加大,且逐渐稳定在-9m的位置。砂卵石地层的粘聚力小、孔隙比大的性质,使得支护桩体后的土体出现较为明显的沉降和塑性破坏。
(2)砂卵石地层条件下基坑开挖前和开挖各阶段作用于围护结构上的实测土压力呈不规则的非线性分布规律,基本呈类波状递增。土体压力在一定深度处以下开始随着开挖深度的增加而减小。这说明对于砂卵石地层,在一定深度处“自立拱”效应,并且这种效应比粘性土更为明显。
(3)由于砂卵石的力学强度较高,使得桩体相对位移较小,桩体受力较小。在正常工作状态下桩内钢筋应力偏小,桩身强度未充分发挥。
(4)锚杆的拉力随着时间的推移也在增长,当基坑开挖完毕后,锚索拉力逐渐稳定,实测结果表明锚索拉力远未达到设计值。这说明桩体位移在可控的范围内,基坑是安全稳定的。
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支护稳定性 篇8
在高层建筑深基坑边坡支护中,喷锚网支护技术是近十几年刚刚兴起的支护技术,由于它施工速度快、支护造价低、安全可靠,当前在高层建筑深基坑支护中应用较广。喷锚网支护技术是指在基坑边坡开挖以后,立即实施喷射早强混凝土,对已开挖的边坡结构实行快速封闭;然后打入锚杆,限制边坡的变形,同时承受土压力、水压力及边坡上的外荷载;待锚杆周围的砂浆凝结以后,适时在边坡上设置钢筋网;最后,再喷射一遍混凝土。喷锚网支护技术具有独立完成支护工作的特点,可以与边坡开挖同时进行,边开挖边支护,节省工期,降低造价,施工时基坑内不需设置横撑,在时间和空间上为主体工程施工创造了良好的条件。
1 工程概况
该工程由4幢32层住宅楼、1幢26层宾馆、1幢25层办公楼和5层裙房组成。楼层下是连成一片的地下室,其中,在4幢32层住宅楼地段为1层地下室;在5层裙房、26层宾馆、25层办公楼地段为2层地下室。开挖基坑近似呈方形,南北向长约230.00 m,东西向宽约200.00 m,基坑开挖面积约30 000 m2,基坑周长约720.00 m。南部基坑实际开挖深度为5.25 m～6.35 m,北部基坑实际开挖深度为9.15 m～10.55 m。由于该基坑南北部开挖深度不同,它们之间高差为-2.80 m～3.40 m,实际施工时,1层地下室基坑在前期需作为2层地下室施工用场地,暂不能开挖到位,设计时,预留1.30 m土层,形成一高度为4.1 m～4.7 m的过渡型台阶坡面。为计算方便,根据场地基坑开挖深度的不同将基坑划分为:Ⅰ区～Ⅷ区共8个区域。
本基坑开挖深度较深,且属于超大型基坑,其中Ⅴ区、Ⅵ区、Ⅶ区的土层绝大部分为粉质黏土,在基坑周围采取深井降水综合治理地下水后,其强度有所提高,自稳能力较好。考虑到喷锚网支护的经济效益及工期较短,决定在此三区采用喷锚网支护技术。根据DB 42/159-1998湖北省深基坑工程技术规定标准判定开挖深度为5.25 m的Ⅴ区安全等级为二级,过渡台阶坡面处开挖深度为4.1 m～4.7 m的Ⅵ区、Ⅶ区安全等级为三级。
2 场地工程地质条件
根据钻探揭露,岩土层由上至下主要由填土,粉质黏土层,粉细砂组成,其主要的物理力学性能指标见表1。表中固结快剪c,φ值按峰值抗剪强度的80%提供。
根据地下水埋藏条件本场地地下水分为上层滞水和孔隙承压水两种类型。上层滞水主要赋存于杂填土层、第四系全新统冲积黏性土层的孔隙之中,其补给来源主要为大气降水、地表水、生产生活用水入渗。勘察期间测得上层滞水水位埋深变化在0.97 m～2.10 m。为了截住基坑坡面及基底的渗水,增加边坡的稳定性,确保正常挖土作业和主体结构干槽施工,工程期间周边采用深井降水,由于采取深井降水措施后将会对周边环境产生一定的影响,所以施工止水帷幕以减小降水漏斗的影响范围。
3 喷锚网设计参数的选取
本文均以Ⅶ区为例介绍喷锚网支护技术。该区边壁外坡顶1.5 m卷边,并在卷边外设置素混凝土排水沟。按1∶0.3比例放坡,以减小土体压力。
1)锚杆间距。
根据目前的理论和实践,锚杆的间距大小与土体的整体作用之间尚不能给出明确的定量关系。为了便于操作及减少土体的扰动,锚杆纵、横间距一般取1.0 m～2.0 m,上下锚杆交错排列。该区锚杆水平间距取1.5 m,纵向间距为1.4 m。
2)锚杆长度。
在围护深度范围内,锚杆内力一般为中部大,上部和底部较小。中部锚杆所起的作用至关重要,顶部锚杆主要作用是限制支护的最大水平位移,底部锚杆主要用于抵抗基底滑动,防止围护体系倾覆或失稳。所以一般做法顶部锚杆稍长,底部锚杆稍短。
根据经验及相关规定,就该区而言,从上到下锚杆长度分别取9 m,9 m,7 m。
3)锚杆直径。
锚杆常用材料通常为ϕ18～ϕ32的Ⅱ级螺纹钢或ϕ50钢管(L5×50×50角钢也有使用)。该区根据地质条件及锚杆的间距采用1ϕ22螺纹钢及ϕ48钢管。
4)锚杆倾角。
锚杆倾角θ一般不宜过大,常取5°～20°,以方便注浆为目的,尽量小角度置入,具体施工时倾角也不易精确控制。该区根据其具体情况考虑,取θ=15°。如图1所示为Ⅶ区喷锚网支护剖面图。
4 支护参数稳定性分析
根据经验公式及进一步分析,喷锚网的计算可简单的以内部稳定性和外部稳定性验算来确定,这两种验算基本上已包括了目前在喷锚设计中的各种设计计算内容。以Ⅶ区为例,对其稳定性进行验算。
4.1 内部稳定性分析
4.1.1 整体稳定性验算
本文采用圆弧滑动瑞典条分法对该基坑作整体稳定性分析,取单位长度支护进行计算[3]。
1)圆弧滑动面的圆心的确定。
确定最危险滑弧面的圆心位置,可通过试算法,即选择几个滑弧圆心,求得每个滑弧所对应的稳定安全系数,其中与最小安全系数相应的滑弧即为最危险滑弧。由于计算量相当大,且时间有限,所以此处选用经验法。
a.在多数情况下,可认为最危险滑弧面通过坡脚。
b.当ϕ>0时,最危险滑动面的圆心将在DE线的延长线上,ϕ值越大,圆心沿DE线越向上移。D点位置在坡脚A点下深为h、往右4.5h处,h为土坡高度。
c.经验证明,从坡肩处画一与水平线成36°角的线代替DE线,不致产生太大的误差。
d.在计算中,张天宝采用“相对粘结度的概念”(相对粘结度s=c/γ×tanϕ,单位为m),认为土坡最危险滑弧的位置在坡高和坡度一定时,其变化规律为:最危险滑弧圆心的位置随s变化的轨迹,近似于双曲线的一侧,此双曲线的中心位于边坡的中点,并以边坡中点的法线及铅垂线为渐近线。
e.DE线与双曲线的交点即为最危险滑弧面的圆心(见图2)。
2)整体稳定性验算。
假设滑动面发生在加固区内部,同时考虑支护发挥作用,采用力矩极限平衡分析法,破坏时,锚杆最大拉力发生在破裂面处,这时滑面受力有:土体自重在滑裂面处产生的下滑力、摩阻力、土的内聚力、锚杆拉力等(见图3)。
根据公式:
Tui=πDLbiτfi (2)
其中,Ti为第i根锚杆所受的土压力,kN;q为坡上超载,kN/m2;γ为土的重度,kN/m3;Hi为第i根锚杆的高度,m;Kai为第i层土的主动土压力系数,Kai=tan2(45°-ϕi/2);Sx,Sy分别为锚杆的水平间距及垂直间距,m;c为土的内聚力,kPa;Tui为第i根锚杆滑裂面外的抗拔力,kN;D为钻孔直径,m;Lbi为第i层锚杆伸入破裂面外稳定区长度,m;τfi为锚体砂浆与土体间各层土的粘结强度,kN/m2;Ks为整体稳定性安全系数;Wi为i分条的自重,kN/m;Ci,ϕi分别为i分条的滑裂面处土的粘聚力,kPa和内摩擦角,(°);αi为i分条滑裂面处中点切线与水平面的夹角,(°);θi为锚杆与水平面之间的夹角,(°);Li为i分条滑裂面处的弧长,m。
计算结果列表见表2。由表2,表3及式(1),式(2),式(3)可得整体稳定性安全系数:Ks=8.9>[Ks]=1.2,即整体稳定性满足要求。
4.1.2 锚杆抗拔安全验算
锚杆抗拔安全可采用下式验算:
其中,Koi为第i根锚杆的抗拔安全系数;其余符号意义同上。
现将计算结果列表,如表4所示。
由表3及式(4)可得各锚杆的抗拔安全系数分别为:
Ko1=5.40>[Koi]=1.5;
Ko2=2.57>[Koi]=1.5;
Ko3=1.55>[Koi]=1.5。
即抗拔安全满足要求。
4.2 外部稳定性分析
当支护锚杆进入土体后,由于锚杆分布较密,通过压力注浆加固土体使土体与支护结构成为一个物理力学性质得到明显改善的整体。 所以可将其视为重力式挡土墙,它具有平移和转动的性质,需验算其抗滑稳定、抗倾覆稳定及抗隆起稳定性。其计算模型见图4。
4.2.1 抗滑稳定性验算
Fi=(W+qB)×Sx×tanϕ (6)
其中,KH为抗滑动稳定安全系数;Eax为墙后主动土压力,kN;Fi为假设墙底断面上产生的抗滑合力,kN。
由式(5),式(6),式(7)可得计算结果为:KH=1.4>[KH]=1.3,即抗滑稳定性满足要求。
4.2.2 抗倾覆稳定性验算
MW=(W+qB)×B/2×Sx (8)
Mo=∑Ti×H/3 (9)
其中,B为计算宽度,m,当为重力式墙计算时,取最下层锚杆长度的水平投影;W为墙土的重量,kN/m;MW为抗倾覆力矩,kN·m;Mo为倾覆力矩,kN·m;KQ为抗倾覆安全系数。
由式(8),式(9),式(10)可得计算结果为:KQ=12.3>[KQ]=1.5,即抗倾覆安全满足要求。
4.2.3 抗隆起稳定性验算
当验算的整体稳定性满足要求时,抗隆起也就自然满足要求了。
综上所述,该基坑在Ⅶ区采用喷锚网支护能够满足基坑的安全稳定要求。
5 开挖后检测效果
在场区基坑开挖及承台施工期间,邻近6层～8层住宅楼沉降总量均在2 cm以内,周边基坑变形量也在3 cm以内,对周边环境影响不大。
6 结语
1)本文采用圆弧滑动瑞典条分法对该支护结构进行整体稳定性验算,并进行了锚杆抗拔安全、抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性验算。根据验算结果,锚杆抗拔安全系数从上到下依次为5.40,2.57,1.55,均满足其允许抗拔安全系数1.5,能够满足稳定性要求;喷锚支护结构整体稳定性安全系数为8.9,大于该区的安全等级(Ⅲ级)所要求的允许安全系数1.2,虽然计算所得安全系数较大,但限于基坑必须在满足局部稳定的前提下,才能有效的保证整体安全这一原则,故选取安全系数8.9是合理的;通过计算基坑的抗滑动和抗倾覆安全系数分别为1.4,12.3,都大于允许的安全系数1.3和1.5,故满足要求。
2)在确定最危险滑动面的问题上,本文有了更新的认识,此方法避免了大量的、繁琐的计算流程,而且能够满足工程上一定的
参考文献
[1]黄强.深基坑支护工程设计技术[M].北京:中国建材工业出版社,1995.
[2]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[3]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
[4]龚晓南.基坑工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[5]杨德强.高层建筑深基坑喷锚网支护技术研究[J].岩土工程技术,1998(4):112-113.
[6]DB 42/159-1998,湖北省深基坑工程技术规定[S].