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1、基于钻孔灌注桩设计技术的深基坑支护结构研究 - 工程事 故分析 导读：钻孔灌注桩施工具有无噪声、无振动、无挤土的优点,对周围 环境影响小。关键词：钻孔灌注桩，深基坑支护深基坑工程是当前很受人关注的岩土工程热点，也是技术复 杂、综合性很强的难点。深基坑工程的费用在整个工程成本中占有 很大的比例，因此，如何选择合适的支护型式以及合理的设计参数 是深基坑工程的关键。钻孔灌注桩施工具有无噪声、无振动、无挤 土的优点,对周围环境影响小。其作为基坑的围护结构刚度大、抗弯 能力强、变形相对较小,支护的稳定性好。1.工程实例1.1 工程概况该站位于大兴中路和小坝东路相交的十字路口下,是地铁二号 线和三号线的换
2、乘站,两线车站成“丁” 形换乘方案。三号线主体工程 和二号线同期施工。二号线车站主体结构基坑长度 209.6m,标准段宽 21.5m,基坑深度 17.11m,呈东西走向。三号线部分主体结构基坑长度 145.65m(含换乘节点),标准段基坑宽度 21.7m, 深 23.16m, 呈南北走向。1.2 围护结构设计及施工 综合考虑以上情况,本站的基坑支护设计方案采用钻孔灌注桩 加桩间高压旋喷桩。钻孔灌注桩作为结构的主要受力构件,二号线钻 孔灌注桩直径 1000mm, 桩间距为 1300mm, 桩长 21m 三号线钻孔灌注 桩直径采用 1200mm,桩间距为 1600mm, 桩长 30m。二号、三号线
3、排 桩布置大样图分别见图 1,图 2。钻孔桩应采用隔桩施工,在相邻桩混 凝土达到 70%的设计强度后,方可成孔施工。采用 FRD22D 型旋挖钻 机进行施工,主要的施工流程如下:1)抄平放线,定桩位。桩位以线路中心为准,允许误差为:纵向 100mm,横向50mm 。2)埋设护筒。护筒埋深为 2m 。3) 成孔。钻孔 过程中必须保证孔径、孔壁稳定和沉淤等指标满足设计要求,垂直度 允许偏差为 1%。4)第一次清孔。测得孔深及淤泥深度,并进行清孔。 5)下钢筋笼。清孔完毕后,立即下吊钢筋笼。钢筋笼要露出桩顶标高 750mm,制作允许偏差:主筋间距10mm,箍筋间距20mm,钢筋笼直径 10mm,钢筋
4、笼长度50mm。6) 第二次清孔。清孔后须保证沉渣厚度 不大于 100mm,泥浆比重必须在 1.1g/cm31.3g/cm3 间,粘度在 18s20s 之间,含砂率为 4%8% 。7)灌注水下混凝土。灌注混凝土必 须连续施工,注浆导管应埋入混凝土面 2m3m,严禁导管提出混凝土 面。由于桩顶混凝土与泥浆混杂,质量受到影响,混凝土实际灌注量应 比设计桩顶标高高出 500mm 。8)钻机移位。桩间设计采用双重管旋喷桩桩间止水,由于喷射直径和质量受 土质组成复杂程度、浆液稠度、喷浆压力的大小及注浆管提升速度等影响,在充分考虑各种不利因素和机械设备可能的条件下,设计喷射 直径为 600mm。旋喷桩的施
5、工过程大致如下:1)桩架定位及保证垂直 度。旋喷机桩架到达指定桩位,对中。施工时桩位偏差应小于 5cm,桩 的垂直度偏差不超过 1%。2)喷水搅拌下沉。待旋喷机的冷却水循环 正常后,启动旋喷机电动机,使旋喷机沿导向架喷水切土下沉,边喷水、 边旋转,喷水压力为 10MPa,旋转速度为 15r/min。3) 制备水泥浆。按 设计要求,拌制配合比为水泥水=1 1 的水泥浆,水泥采用 425 号普 通硅酸盐水泥,并在压浆前将水泥浆除渣后注入集料斗中。4)旋喷浆 液提升。钻杆下沉到设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压入地基土中, 并且边喷浆、边旋转,同时严格按照设计确定的提升速度提升喷头,设 计高压喷浆压力
6、为 28MPa,旋转速度为 15r/min,提升速度为 15cm/min。5) 移位。待喷嘴提升至设计加固深度的顶面标高后,桩架 移至下一个桩位施工。2.基坑支护结构设计21 围护结构设计211 围护结构选择根据结构的特性、场地情况、周围环境、基坑深度、宽度、 工期安排、工程地质和水文地质状况，对围护结构进行比较选择。 对于含水的软黏土、流砂地层一般采用地下连续墙结构；对于水位 不高，或允许大面积降水的黏性土层，可采用人工挖孔或钻孔灌注 桩；对于水位较高，且不允许大面积降水的粘性砂土层，可采用钻孔桩+旋喷桩的围护型式；对于自稳性较好的软岩地层或弱风化岩层， 可以采用喷锚支护或土钉墙技术。为降低
7、成本，设计时，可根据具 体工况，选择一到两种围护结构。212 荷载确定围护结构的荷载一般有地面超压、水土压力。1)地面超压一般按 20kpa 计，当基坑边沿有建筑物或特殊荷 载(如塔吊基础等)时需按实际荷载计算。2)水土压力:在施工阶段，黏性土层或坑内外均进行降水的砂 性土层按水土合算，仅坑内降水的砂性土层按水土分算；在使用阶 段，为永久结构的安全，不论砂性土层还是黏性土层，均宜按水土 分算考虑。213 围护结构计算方法1)弹塑性有限元法:将结构与地层作为一相互作用体，通过理 论假定确定地层的本构关系及地层与结构界面的作用模式，按照施 工过程逐步模拟地层与结构的作用机理，确定结构内力与变形的变
8、 化及周围土层的力学机理及变位。目前采用的计算模型主要有理想 弹塑性模型、黏弹性模型、邓肯-张非线性模型等。通用的计算程序 有 ANSYS 程序、2D-、3D- 程序及同济曙光程序等。由于围岩性 质极其复杂，很难用一种单一的模型进行模拟，加之地层应力的释 放过程与开挖方式、开挖过程、支撑形式支撑刚度等有着密切的联 系，使计算过程中的一些参数难于确定，最后导致计算结果难于反 应真实的受力情况。因此这种计算方法一般用于定性分析或同一工况下的施工方式比选。2)杆件有限元法:已知基坑面以上的结构荷载，用弹簧模拟基 坑以下地层与结构的相互作用，以梁(板) 单元模拟结构，随施工的 不同阶段按增量法或总量法
9、对受力结构进行计算。目前多采用 SAP84 程序、理正深基坑计算程序、同济启明星计算程序等。3)理论假定简化法:如假想支点法、等值梁法、m 法等。目前 设计中，以杆件有限元法应用较为普遍，计算结果或计算精度较为 接近实际。214 围护结构设计根据结构受力结果，依照相应的规范按结构的重要性强度、 刚度、稳定性、变位及构造要求进行结构设计，在满足上述条件下 尽量做到经济合理、便于施工。22 支撑结构设计221 支撑结构选择首先根据地层条件、地下管线、基坑尺寸、施工要求确定锚 拉式或内撑式支撑方式。对于内撑式结构，应根据材料情况、施加 预应力方式来确定支撑结构材料。222 撑结构计算1)锚杆计算:锚
10、杆承载力主要由拉杆的极限抗拉强度、拉杆与 锚固体之间的极限握裹力、锚固体与土体之间的极限抗拔力确定。 一般在软质岩、风化岩层和土层中锚杆的极限抗拉强度、锚杆孔壁 与砂浆的摩阻力均低于砂浆对钢拉杆的握裹力，锚杆极限抗拔力受孔壁摩阻力的控制，即取决于沿接触面外围软质岩和土层的抗剪强 度，故锚杆的极限抗拔力可按下式计算:式中，Tu 为土层锚杆的极限抗拔力；F 为锚固体周围表面的 总摩阻力；Q 为锚固体受压面的总抗压力；D1 为锚固体直径；D2 为锚固体扩孔部分的直径；y 为深度 y 处锚固体与土体单位面积上 的抗剪强度(摩阻力)；q 为锚固体扩孔部分土体的抗压强度；A 为锚 固体扩孔部分土体的抗压面
11、积；y1-y2、y2-y3 分别为锚固体非扩孔 部分长度和扩孔部分长度。免费论文参考网。临时性锚杆抗拔力的 设计值为！Tu 除以 1.31.5，永久性锚杆的设计值为 Tu 除以 22.5。2)内支撑计算:根据偏心受压构件的强度、平面内及平面外的 稳定性进行结构计算，除竖向荷载(支撑自重和支撑顶面的施工活荷 载等)产生的偏心弯距外，同时要考虑支撑安装误差造成的偏心影响， 其偏心距可考虑支撑计算长度的 1/1000。3.结语基坑支护型式需综合考虑基坑周边环境、造价、技术上的可 靠性等措施。一般而言，在满足基坑稳定和周围环境对基坑变形要 求的前提下，尽量选用造价低的支护结构型式，忌盲目提高基坑变 形控制标准，而选择造价昂贵的支护型式，造成不必要的浪费。【参考文献】 1JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范S.2周敏娟.芝川河特大桥钻孔桩施工技术J.国防交通工程与技术， 2005(2)：51-55.3王静，肖巧林，高燕梅.钻孔灌注桩常见质量事故处理措施J. 山西建筑，2007，33(1)：129-130.4 朱明清，纪红伟.浅谈深基坑支护技术在现代建筑中的应用J. 山西建筑，2006，32(9):64-65.
