椅式抗滑桩在某深基坑边坡支护工程中的设计对比分析

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摘要：伴随着当代社会城市化进程的不断加快,建筑行业各项施工技术也取得了飞跃发展。当中以深基坑边坡支护施工技术的应用越来越多,而且稍有不慎,便会引发工程事故。结合典型工程实例,通过对工程概况的介绍及支护方案计算分析,详细阐述了该工程深基坑边坡支护方案及其实施效果,同时论证了方案的可行性。

关键词：边坡；支护；计算分析

Abstract: With the progress of modern society city continues to accelerate, the construction industry has made rapid development. With the typical engineering example, through to the general situation of the project introduction and support scheme analysis, elaborated on the engineering of deep foundation pit slope supporting scheme and its implementation effect, and demonstrate the feasibility of the method.

Key words: slope; support; calculation and analysis

中图分类号：TV551.4文献标识码A 文章编号

一、工程概况

南方某边坡原为坡地地貌，坡顶平坦，标高约为55.50～60.50m，有一12层建筑，筏板基础，地下室底板底标高约为54.60m，埋深约为5m。根据规划，在该小区围墙外10m因建设需要垂直开挖至44.80m，在该地坪标高要再向下开挖6m作地下室。由于拟建场区地坪比现有坡顶低约10.7～15.7m，再加上开挖约6m深的基坑，导致拟建场区与现有坡顶建筑物小区之间形成上部高差为10.7～15.7m的垂直永久边坡，下部深度为6m的基坑，总的最大垂直开挖深度约为22m。

拟形成的边坡为永久性边坡，坡顶10m外为12层筏板基础建筑物，且坡顶还有一污水管，因此该边坡无论采用何种支护方案，控制变形是首先要考虑的因素。

场地地貌属剥蚀低丘陵、坡地地貌，山顶地形较为平缓。场地地层分别为第四系残积粉质粘土，强风化侏罗系中统粉砂岩和中风化侏罗系中统粉砂岩，勘察期间测得地下水位埋深10.50～14.60m。

二、支护方案分析

坡体主要为坡残积土和强风化粉砂岩，砂岩，在雨水侵蚀下，粉砂岩工程地质性质变差，软化，崩解，呈散状，极易发生滑坡、崩塌等失稳现象。为了保证该边坡坡顶变形控制在允许的范围之内，必须采用合理的设计方案支护该边坡。如果采用抗滑桩+锚索支护，由于高度过大，作用于桩上的土压力极大，桩断面积较大，经济上并不合理，且锚索为柔性结构，无法解决坡顶的变形过大的问题。通过多种支护方案的比较最终确定采用椅式双排抗滑桩+4道预应力锚索支护结构型式，这样有效减少圬工数量，可以将坡顶的变形控制在允许范围之内，同时经济上也合理。

三、结构内力分析

3.1 计算模型

本次采用的椅式抗滑桩，前排桩截面尺寸为1.5 m×1. 2 m，间距为4.5m，后排桩截面尺寸为1.6m×2.8m，间距为4.5m，前、后排桩混凝土强度为C30，两排桩之间连梁截面尺寸为1.2m×1.2m。设计支护剖面如图1所示。

图1 设计支护剖面

对于该组合支护结构，抗滑桩截面刚度大，桩身的提供反力的支点中，上部4道锚索为柔性结构，而最下面一道支点的连梁靠前排桩提供反力为刚性支点，前后排桩和连梁之间为原状土体，如此复杂的组合结构采用目前的刚体极限平衡理论难以弄清结构内力和变形情况，必须采用有限元来模拟该组合支护结构。

因此本次分别采用桩锚支护模型的“m法”和有限元法分别对比计算该复合支护结构的内力和变形情况。当采用“m法”计算分析时，后排桩身下部连梁可以模拟为刚性支撑点，如果得到该刚性支撑点的水平刚度，便可以计算出简化为桩锚支护结构下后排桩的内力和变形，但无法计算出前排桩和连梁的内力和变形。采用有限元法，将前后排抗滑桩和桩顶连梁全部按照线弹性材料考虑，和结合土体内的锚索单元可计算出该组合结构前排桩、后排桩、桩顶连梁的内力和变形以及桩间及桩后土体内的应力和位移场。

3.2 参数取值

本工程涉及的计算参数分为“m”法桩锚计算模型所需要的参数和有限元计算所需要的参数，其中采用“m”法桩锚模型时，需要确定锚索的水平刚度系数和最下一道支撑的水平刚度系数，锚索的水平刚度系数按照下式计算：

（1）

——锚索水平刚度系数；——钢绞线截面积；——钢绞线弹性模量；——自由段长度；——锚索倾角。

最下一道支撑的水平刚度，考虑到桩顶连梁长度较短，变形受到前排桩顶水平变形的控制，因而该道混凝土支撑的水平刚度系数根据前排桩顶的水平承载力综合确定，本次按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）所规定的单桩水平承载力公式首先计算出在桩顶变形10mm时的水平承载力，再根据该水平承载力和变形之比得出该支点的水平刚度。当桩顶变形10mm时，单桩桩顶水平承载力按照下式计算：

（2）

——桩侧土水平抗力系数的比例系数；——桩身截面宽度；——桩身抗弯刚度；——桩顶水平位移系数，按规范查表确定；——桩顶水平位移，取10mm。

该支点水平刚度系数按照下式近似计算：

（3）

根据上述公式确定的“m”法计算时，锚索的水平刚度系数为11.1MN/m，混凝土连梁的水平刚度系数为798 MN/m。

3.3 计算结果对比

1）计算方法

本次对该组合支护结构按照“m”法简化计算，按照排桩+锚索支护模型计算，最下一道连梁提供的反力简化为混凝土支撑点，模拟分层开挖方式计算分析，建立计算模型。

由于该组合结构在外力作用下，与围岩（土）相互作用，其受力状态相当复杂，是一个三维空间受力问题。本次采用二维有限元法建模，并对桩、梁的轴向刚度EA 和抗弯刚度EI 进行等效，模拟双排桩、连梁、锚索和桩间、桩后土体共同作用，分层开挖施工方式进行分析计算。

2）土压力计算结果

采用“m”法简化计算，无法计算出前排桩后土压力，只能得到后排桩侧土压力。而采用有限元法，可以计算出前排桩、后排桩侧的土压力分布，计算结果见表1。

表1 “m”法和有限元法计算的土压力及支护轴力对比

3）内力计算结果

采用“m”法计算只能得到后排桩的内力分布，计算结果如图2所示。而采用有限元法不但可计算出后排桩还有前排桩、桩顶连梁的内力，计算结果如图3～图8所示。将两种计算结果汇总为表格，见表2所示。