论文部分内容阅读
摘要:本文总结了土岩组合地层深基坑“吊脚桩”应用情况及设计特点,分析了“吊脚桩”上部及下部的设计思路、分析方法,通过实际工程的计算模拟与实测数据的对比分析,支护结构受力和变形均满足设计控制标准。结论:“吊脚桩”是适用于土岩组合地层的基坑支护形式。
关键词:土岩组合;吊脚桩;深基坑;微型钢管桩;桩撑体系
引言
近年来城市轨道交通高速发展,青岛、大连、广州等地深基坑设计中经常会遇到土岩组合地层 “吊脚桩”问题。刘红军等人对“吊脚桩”支护进行了模拟分析计算,得出嵌岩深度与锁脚锚索的预加力、吊脚桩岩肩宽度与基坑变形、桩体位移的关系的结论[2]。地铁车站一般位于城市主干道路路口位置,无放坡空间;上部土层、下部岩层的土岩组合地层决定亦无法采用“一桩到底”的支护方案,“吊脚桩”的结构形式可较好的解决占地及土岩组合地层的问题。本文以青岛地铁某站为载体,主要研究复杂周边环境条件下的小岩肩“吊脚桩”支护方案,对该类基坑“吊脚桩”问题进行讨论,为类似工程地质、环境条件下的基坑支护提供参考。
1 概述
青岛地铁某站为地下二层岛式站台车站,主体为双层双跨箱形框架结构,总长196.3m,标准段宽18.8m。车站顶板覆土厚2.9~4.0m,结构底板埋深16.9~17.2m。
车站规划周边以居住用地和商住用地为主,站址西南侧有2栋6层居民楼,其它均为平房。振华路现状为双向4车道,最新规划道路红线为30m。现状周边共有4 个公交站点,9 条公交线路。车站总平面图如图1所示。
2 水文地质
场区地形总体较平坦,地面以下3~10m为软土层,下部为中风化及微风化岩层,本场区地下水主要赋存在第四系松散土层及基岩的裂隙中。基岩裂隙水水量不大,但与第四系孔隙潜水水力联系明显。总体上,场地内地下水富水性中等,水量一般。各岩土层物理力学指标见于表1。
3基坑支护设计
3.1基坑支护设计思路
青岛地区地势起伏较大,民建基坑由于深度较小、周边场地条件较好,一般采用土钉墙、桩锚支护体系。地铁标准两层明挖站基坑深度一般大于15m,周边环境条件复杂、交通繁忙、占地有限,几无放坡条件,结合“上软下硬” 土岩组合地层实际条件,地铁基坑桩锚结构形式一般采用“一桩到底”或“吊脚桩”,其中以“吊脚桩”桩锚式居多,本站为典型“上软下硬”土岩组合地层,围护结构形式采用“吊脚桩”。
“吊脚桩”下部岩石边坡一般采用直壁开挖,开挖前一般打设超前微型钢管桩,其作用主要有:
(1)“超前支护”作用,通过钢管的超前及钢管注浆,保证了开挖支护前岩体的稳定,减少基坑变形。
(2)“预裂岩石”作用,对岩石进行预裂,可较好的控制超欠挖,进而保证开挖精度。
(3)“减振隔离”作用,降低了爆破对基坑岩石和周边建(构)筑物的振动影响。
(4)“协调受力”作用,锚索至腰梁至微型钢管桩由点及面的传力体系,更好的对坡面进行防护和变形控制。
3.2 支护方案
站址范围交通繁忙,调流路宽度紧张,基坑周边迁改后的管线密集,为保证周边环境条件安全,第一道支撑采用钢支撑,吊脚桩中部及锁脚位置各设置一道预应力锚索,既保证了吊脚桩根部的稳定性,又降低了桩中弯矩,降低了桩的配筋。
下部岩石边坡,受周边环境条线限制无放坡条件,故而采用垂直开挖,辅以超前微型钢管桩起到预裂、减振作用。综上,本站最终了确定“上部桩+撑(锚),下部微型钢管桩+锚索(杆),岩肩处通过“L”型冠梁和预应力锚索锁脚”的复合型支撑体系。基坑围护剖面图如图2所示。
3.3支护参数
车站基坑深约16.8m,上部“吊脚桩”桩径0.8m,桩间距1.2m,冠梁上钢管内撑采用D=609mm,t=14mm鋼支撑,第一道锚索采用3φ15.2钢绞线,锁脚锚索采用4φ15.2钢绞线。下部岩石边坡采用φ168mm钢管桩,桩间距1.0m,嵌固基底1.5m,第一道锚索采用2φ15.2钢绞线,岩石锚杆采用2 28螺纹钢筋,2mx2m梅花形布置,锚杆长7m、5m。
4.围护结构计算
4.1上部桩撑(锚)体系计算
上部吊脚桩采用弹性支点法分析计算,算最不利工况,基坑开挖到桩底,岩肩作用未予考虑,仅作为安全储备。计算模结果如图3、图4示。
由图4可以得出:围护桩采用φ800mm主筋采用21 20,桩顶冠梁上内撑设计轴力为1290kN,预加轴力为200kN;第一道锚索自由段6.0m,锚固段6.0m,预应力锁定值240kN;第二道锚索自由段6.0m,锚固段6.0m,预应力锁定值320kN。抗倾覆检算结果满足设计要求。
4.2下部岩石边坡计算
岩石基坑的稳定性主要取决于组成基坑的岩体结构面的发育情况。其中沿单一平面滑动类型是岩体基坑中最为常见的滑动方式,稳定性分析计算公式[1]如下:
式中,H为边坡高度,W为滑体重量,分别为结构面粘聚力和内摩擦角,T为沿结构面法线方向的锚固力,为结构面倾角,K为安全系数。
根据本基坑地质条件,对基坑下部岩石边坡采用极限平衡法进行简单平面滑动稳定分析。采用理正岩土计算软件,支护参数如表2所示,计算简图如图5所示。
表2 基坑下部支护参数表
计算结果显示:总下滑力1253.6(kN),总抗滑力为1873.0(kN),安全系数为1.490,满足设计要求。
5 监控量测数据
本线已通车运营,在建设过程中,“吊脚桩”桩顶水平位移最大值为6.4mm,桩顶竖向位移最大值为5.1mm,地表沉降最大值为10.8mm,围护桩桩体挠曲位移最大值为8.5mm,施工过程中的地表沉降及桩体位移均小于设计允许值,监控量测变形数据均小于设计计算值,基坑支护结构安全。通过监测数据可以得出,基坑实际的变形较小,“吊脚桩”的支护体系可以满足保证基坑安全及变形控制的要求。
6 结论与建议
(1)“吊脚桩”的支护型式,即上部“桩+支撑(锚)”,下部“锚喷支护”的组合支护形式,可较好的适应青岛等地的土岩组合地层,基坑稳定性及变形控制亦有保证。
(2)“吊脚桩”的特殊组合支护型式,对桩根部“L”型冠梁及锁脚锚索的质量及预应力控制提出了较高的要求,“L” 型冠梁设置位置的合理性、锁脚刚度,将直接决定“吊脚桩”组合支护型式能否成功实现。
(3)对于“吊脚桩”方案下部完整性极好的中、微风化地层,可取消钢管桩仅施做200mm直径减震、预裂孔,此方案在青岛地铁2号线某站成功实践,取得了较好的效果。
(4)青岛地区岩石结构面沿单一平面滑动占比较高,若能将动态设计的理念充分发挥,根据开挖过程中揭示的结构面信息,动态的调整设计参数,可极大地缩短施工周期、降低支护费用。
(5)“吊脚桩”在青岛等地应用较多,但关于“吊脚桩”理论分析、计算模型等有待进一步研究,并通过大量工程案例进行验证。
参考文献:
[1]刘国彬,王卫东.基坑工程手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社.
[2]刘红军等.二元结构岩土基坑“吊脚桩”支护设计数值分析[J].土木建筑与环境工程,2009,10:43-47.
[3]赵文强.上软下硬复合地层条件下深基坑支护设计探析[J].隧道建设,2014,02(34):154-157.
[4]刘红军,张庚成,刘涛.土岩组合地层基坑工程变形监测分析[J].岩土工程学报,2010,08:550-553.
关键词:土岩组合;吊脚桩;深基坑;微型钢管桩;桩撑体系
引言
近年来城市轨道交通高速发展,青岛、大连、广州等地深基坑设计中经常会遇到土岩组合地层 “吊脚桩”问题。刘红军等人对“吊脚桩”支护进行了模拟分析计算,得出嵌岩深度与锁脚锚索的预加力、吊脚桩岩肩宽度与基坑变形、桩体位移的关系的结论[2]。地铁车站一般位于城市主干道路路口位置,无放坡空间;上部土层、下部岩层的土岩组合地层决定亦无法采用“一桩到底”的支护方案,“吊脚桩”的结构形式可较好的解决占地及土岩组合地层的问题。本文以青岛地铁某站为载体,主要研究复杂周边环境条件下的小岩肩“吊脚桩”支护方案,对该类基坑“吊脚桩”问题进行讨论,为类似工程地质、环境条件下的基坑支护提供参考。
1 概述
青岛地铁某站为地下二层岛式站台车站,主体为双层双跨箱形框架结构,总长196.3m,标准段宽18.8m。车站顶板覆土厚2.9~4.0m,结构底板埋深16.9~17.2m。
车站规划周边以居住用地和商住用地为主,站址西南侧有2栋6层居民楼,其它均为平房。振华路现状为双向4车道,最新规划道路红线为30m。现状周边共有4 个公交站点,9 条公交线路。车站总平面图如图1所示。
2 水文地质
场区地形总体较平坦,地面以下3~10m为软土层,下部为中风化及微风化岩层,本场区地下水主要赋存在第四系松散土层及基岩的裂隙中。基岩裂隙水水量不大,但与第四系孔隙潜水水力联系明显。总体上,场地内地下水富水性中等,水量一般。各岩土层物理力学指标见于表1。
3基坑支护设计
3.1基坑支护设计思路
青岛地区地势起伏较大,民建基坑由于深度较小、周边场地条件较好,一般采用土钉墙、桩锚支护体系。地铁标准两层明挖站基坑深度一般大于15m,周边环境条件复杂、交通繁忙、占地有限,几无放坡条件,结合“上软下硬” 土岩组合地层实际条件,地铁基坑桩锚结构形式一般采用“一桩到底”或“吊脚桩”,其中以“吊脚桩”桩锚式居多,本站为典型“上软下硬”土岩组合地层,围护结构形式采用“吊脚桩”。
“吊脚桩”下部岩石边坡一般采用直壁开挖,开挖前一般打设超前微型钢管桩,其作用主要有:
(1)“超前支护”作用,通过钢管的超前及钢管注浆,保证了开挖支护前岩体的稳定,减少基坑变形。
(2)“预裂岩石”作用,对岩石进行预裂,可较好的控制超欠挖,进而保证开挖精度。
(3)“减振隔离”作用,降低了爆破对基坑岩石和周边建(构)筑物的振动影响。
(4)“协调受力”作用,锚索至腰梁至微型钢管桩由点及面的传力体系,更好的对坡面进行防护和变形控制。
3.2 支护方案
站址范围交通繁忙,调流路宽度紧张,基坑周边迁改后的管线密集,为保证周边环境条件安全,第一道支撑采用钢支撑,吊脚桩中部及锁脚位置各设置一道预应力锚索,既保证了吊脚桩根部的稳定性,又降低了桩中弯矩,降低了桩的配筋。
下部岩石边坡,受周边环境条线限制无放坡条件,故而采用垂直开挖,辅以超前微型钢管桩起到预裂、减振作用。综上,本站最终了确定“上部桩+撑(锚),下部微型钢管桩+锚索(杆),岩肩处通过“L”型冠梁和预应力锚索锁脚”的复合型支撑体系。基坑围护剖面图如图2所示。
3.3支护参数
车站基坑深约16.8m,上部“吊脚桩”桩径0.8m,桩间距1.2m,冠梁上钢管内撑采用D=609mm,t=14mm鋼支撑,第一道锚索采用3φ15.2钢绞线,锁脚锚索采用4φ15.2钢绞线。下部岩石边坡采用φ168mm钢管桩,桩间距1.0m,嵌固基底1.5m,第一道锚索采用2φ15.2钢绞线,岩石锚杆采用2 28螺纹钢筋,2mx2m梅花形布置,锚杆长7m、5m。
4.围护结构计算
4.1上部桩撑(锚)体系计算
上部吊脚桩采用弹性支点法分析计算,算最不利工况,基坑开挖到桩底,岩肩作用未予考虑,仅作为安全储备。计算模结果如图3、图4示。
由图4可以得出:围护桩采用φ800mm主筋采用21 20,桩顶冠梁上内撑设计轴力为1290kN,预加轴力为200kN;第一道锚索自由段6.0m,锚固段6.0m,预应力锁定值240kN;第二道锚索自由段6.0m,锚固段6.0m,预应力锁定值320kN。抗倾覆检算结果满足设计要求。
4.2下部岩石边坡计算
岩石基坑的稳定性主要取决于组成基坑的岩体结构面的发育情况。其中沿单一平面滑动类型是岩体基坑中最为常见的滑动方式,稳定性分析计算公式[1]如下:
式中,H为边坡高度,W为滑体重量,分别为结构面粘聚力和内摩擦角,T为沿结构面法线方向的锚固力,为结构面倾角,K为安全系数。
根据本基坑地质条件,对基坑下部岩石边坡采用极限平衡法进行简单平面滑动稳定分析。采用理正岩土计算软件,支护参数如表2所示,计算简图如图5所示。
表2 基坑下部支护参数表
计算结果显示:总下滑力1253.6(kN),总抗滑力为1873.0(kN),安全系数为1.490,满足设计要求。
5 监控量测数据
本线已通车运营,在建设过程中,“吊脚桩”桩顶水平位移最大值为6.4mm,桩顶竖向位移最大值为5.1mm,地表沉降最大值为10.8mm,围护桩桩体挠曲位移最大值为8.5mm,施工过程中的地表沉降及桩体位移均小于设计允许值,监控量测变形数据均小于设计计算值,基坑支护结构安全。通过监测数据可以得出,基坑实际的变形较小,“吊脚桩”的支护体系可以满足保证基坑安全及变形控制的要求。
6 结论与建议
(1)“吊脚桩”的支护型式,即上部“桩+支撑(锚)”,下部“锚喷支护”的组合支护形式,可较好的适应青岛等地的土岩组合地层,基坑稳定性及变形控制亦有保证。
(2)“吊脚桩”的特殊组合支护型式,对桩根部“L”型冠梁及锁脚锚索的质量及预应力控制提出了较高的要求,“L” 型冠梁设置位置的合理性、锁脚刚度,将直接决定“吊脚桩”组合支护型式能否成功实现。
(3)对于“吊脚桩”方案下部完整性极好的中、微风化地层,可取消钢管桩仅施做200mm直径减震、预裂孔,此方案在青岛地铁2号线某站成功实践,取得了较好的效果。
(4)青岛地区岩石结构面沿单一平面滑动占比较高,若能将动态设计的理念充分发挥,根据开挖过程中揭示的结构面信息,动态的调整设计参数,可极大地缩短施工周期、降低支护费用。
(5)“吊脚桩”在青岛等地应用较多,但关于“吊脚桩”理论分析、计算模型等有待进一步研究,并通过大量工程案例进行验证。
参考文献:
[1]刘国彬,王卫东.基坑工程手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社.
[2]刘红军等.二元结构岩土基坑“吊脚桩”支护设计数值分析[J].土木建筑与环境工程,2009,10:43-47.
[3]赵文强.上软下硬复合地层条件下深基坑支护设计探析[J].隧道建设,2014,02(34):154-157.
[4]刘红军,张庚成,刘涛.土岩组合地层基坑工程变形监测分析[J].岩土工程学报,2010,08:550-553.