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1、锦州石化卸煤沟工程基坑支护方案选择与设计张文 郭进伟 托勇中铁十四局集团有限公司建筑工程分公司摘要 本文结合锦州石化卸煤沟工程的具体实际情况，从技术、安全、经济等因素确定基坑支护方案，并就桩锚支护方案的设计过程进行具体论述。关键词 基坑支护；桩锚联合；方案选择；支护设计1 前言深基坑工程成为人们迫切面临的施工研究课题之一，它集勘察、设计、施工监测为一体，技术含量高，安全等级高。对基坑工程进行正确的设计和施工，能带来巨大的经济和社会效益，对加快工程进度和保护周围环境能发挥重要作用。2 工程综述2.1 工程概况锦州石化卸煤沟工程是锦州石化热电厂煤带油技术改造项目的重要组成部分，是整个系统的输煤枢纽
2、。该工程包括汽车卸煤沟（分地上、地下两部分） 、1#地下转运站、1#输煤隧道、火车卸煤沟（分地上、地下两部分） 、2#地下转运站、2#输煤隧道等单体，整个卸煤沟东西总长为 220.535米，基坑开挖深度为 10.3 米。2.2 场地情况该工程北侧临近 3 股在用铁路专用线，南侧临近生产装置区，且地下管线多，场地狭窄，无法放坡开挖。2.3 地质情况根据地质勘察报告，本场地地层主要由人工填土、粉质粘土、细砂、中粗砂、圆砾、含粘性土圆砾、强风化泥质砂岩等组成。该地层地面下米上以细砂中粗砂加杂砾石地质为主，米以下为强风化泥质砂岩。3 基坑支护原则和方案选定3.1 基坑支护原则3.1.1 基坑支护必须遵
3、循安全第一，经济第二的原则。必须确保基坑开挖和地下结构施工能安全、顺利进行，并在地下结构施工期不对邻近的建筑物、道路、地下管线等产生危害。3.1.2 基坑支护必须与土方工程、地下结构工程同步考虑，密切配合。3.1.3 从工期、材料、设备、人工以及环境保护等方面选择经济合理的方案。3.2 方案选定由于基坑开挖深度比较大，且场地狭窄，无法放坡开挖。一般支护结构难以满足施工要求。若采用地下连续墙，造价较高。考虑技术、经济和施工便捷等方面，确定采取桩锚联合结构进行支护。桩锚支护是能充分利用支护桩和锚杆的各自性能及靠支护桩和锚杆联合作用的一种支护形式，是一种比较先进、合理的支护技术。它具有以下特点：3.
4、1 利用支护桩作挡墙。支护桩刚度大，抗弯度能力强，变形相对较小，有利与保护周围环境，而且价格较低，经济效益好。3.2 利用锚杆作为受拉构件，用作支护。它可通过注浆与土体结合，并可采用高强钢材，进行预应力张拉，获得很大的拉力，以保持边坡的稳定，有效控制边坡的变形。而且施工工艺简单，无需大型机械。3.3 该支护形式代替钢横撑作侧壁支撑，简化了支撑工作，可节省大量的钢材和劳动力，同时为土方工程、地下结构工程提供开阔的工作面，加快工程进度。4.支护设计原地面距离开挖基地深度 H=10.3m，支护采用钻孔灌注桩加锚杆，锚杆设距地面下 =4.5m 处，间距 1.5m，地面均布荷载为 q=20kN/m2；主
5、动土压力的平均重度 =18.8kN/m3，土的内摩擦角 =40；被动土压力的重度 p=19.3kN/m3，土的内摩擦角 p=45，锚杆孔直径为 D150mm，倾角=15。4.1 计算挡土桩埋入深度由已知条件可求得：主动土压力系数 K =tg2(45- /2)=tg2(45-40/2)=0.217被动土压力系数 Kp=tg2(45+ p /2)=tg2(45+45/2)=5.828系数 =a /L=4.5/10.3=0.437系数 K=e2/e1=qK / HK =20/18.810.3=0.103将各已知项代入公式： K / pKp= 2(3+2-3)/(1+) 2(2+2-3)+3K(1+)
6、(1+-2)18.80.217/19.35.828=2(2+3-30.437)/ (1+)2(2+2-30.437)+30.103(1+)(1+-20.437)0.036= 2(2+1.689)/ (1+) 2(2+0.689)+0.309(1+)(+0.126)整理后得：1.928 3+1.509 2-0.134-0.026=0解三次方程式得 =0.163则埋入深度 t=L=0.16310.3=1.68m最后埋入深度定为 2.0m4.2 计算锚杆所受水平力桩后主动土压力为：E1 =1/2（10.3+2.0）218.80.217=308.601 KN/mE2 =20(10.3+2.0)0.21
7、7=53.382 KN/m桩前被动土压力为：Ep=1/22.0219.35.828=224.961 KN/m以桩底为支点，则 M=0 （10.3+2.0-4.5）T=12.3/3 E 1 +12.3/2 E2 -2.0/3 EpT=（1265.264+328.299-149.974）/7.8=185.076 KN/m锚杆间距为 1.5m，则水平力：T1=1.5185.076=277.614 KN锚杆的轴向力：Tu= T1/cos =177.23/cos15=287.407KN4.3 计算锚杆非锚固段长度 lf根据公式lf =ltsin（45- /2）/sin（45- /2+）lt=10.3+2
8、.0-4.5=7.8 m将 lt=7.8 m， =40，=15 代入上式，lf =（10.3+2.0-4.5）sin25/sin80=7.80.423/0.985=3.35m最后取 lf为 3.2m。4.4 计算锚杆锚固段长度 lm根据公式= Korhtg + ，可求锚杆锚固体抗剪强度上式中 Ko按 1.0， 假设锚固长度为 10m，则从锚头到锚固段中点长度 5.0+5.0=10m所以 h=4.6+10sin15=4.5+10sin15=7.088m由上式可求得抗剪强度为：= Korhtg +=118.87.088tg40+0=111.814kN/对临时锚某些的安全系数一般取 1.5，则：lm
9、=Tu1.5/d=287.4071.5/0.15101.655=8.186m最后取 lm为 10m。4.5 计算锚杆需用钢筋锚杆采用 1860 级钢绞线， py=1260 N/mm2需用截面积=287.40710 3/1260=228.1 mm2选用 3 根 1860 级钢绞线（75） ，A=525 mm 2安全系数为525/228.1=2.34.6 锚杆支承槽钢计算轴力 Tu=287.407kN锚杆间距 b=1.5mM= Tub/4=287.4071.5/4=73.72 kN.m选用 225c，Wu=2259.2 cm 3=M/Wu=73.7210 3/（2259.210 -6）=124.8
10、6MPa170 Mpa故选用 225c4.7 桩体设计4.7.1 求最大弯距 Mmax剪力为零处得: K y 2/2+qK y=T所以 y=-pK +( pK )2+2 K T / K=-200.217+(200.217) 2+218.80.217185.076 /18.80.217=(-4.34+18.836+1510.072 ) / 4.08=(-4.34+37.461)/ 4.08= 8.52m剪力为零处距桩顶 8.52 m 最大弯距 Mmax=（ Ty K y3/6 qK y2/2 ）1.5 =185.076（8.52-4.5）18.80.2178.52 3/6200.2178.52
11、2 /21.5=（744.00691420.51898157.521）1.5= 248.95 KN.m4.7.1 灌注桩的配筋M2/3 f cm r3sin3a+ f yAs rs (sina+ sina T)/ 混凝土强度等级为 C25，级钢筋,钻孔灌注桩的直径选800mm。确定材料强度设计值：f cm=13.5N/mm2, fy=310 N/mm2, aT=1.25-2 a设配置 10 根螺纹 20，A s=3140 mm2，则K= fy As/ fcmr 2=3103140/13.53.144002=0.14查表得 a=0.231，所以 aT=1.25-2 a=0.788M=1.25r0
12、Mmax， r0按 1.0，M=1.252.489510 8N/ mm2=3.11108N/ mm2将以上参数代入公式2/3 fcm r3sin3a+ f yAs rs (sina+ sina T)/，得：2/313.540030.6643+3103140350(0.664+0.618)/3.14=1.69108+1.49108=3.18108N/ mm23.1110 8N/ mm2所以，灌注桩配筋 10 根螺纹 20 符合要求。式中： M标准荷载作用下的弯矩；fcm混凝土抗弯曲设计强度值；r圆形截面的半径；fy钢筋抗拉强度设计值；As全部纵向钢筋的截面积；rs纵向钢筋所在圆周的半径；a受压区混凝土截面面积与全部截面面积的比值；aT纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，a T=1.25-2 a。4.8 桩顶联梁为增强桩体的整体性，在桩顶增设联梁一道，截面宽 800 mm，高 600mm，配筋 10 根螺纹 20，箍筋8200。5 结束语桩锚支护是一种技术比较先进、合理的支护形式，在深基坑工程中将会进一步推广和应用。只有对它进行正确的选择和设计，尤其是支护桩的桩径、桩长、配筋与锚杆的长度、配筋，才能发挥其应有的经济价值和社会价值。
