微型钢管桩在深基坑支护中的应用.doc

微型钢管桩在深基坑支护中的应用第12卷2012生第1期1月中国水运ChinaWaterTransportVo1.12JanuryNo.12O12微型钢管桩在深基坑支护中的应用梁宏生(中国水利水电第二_T-程局有限公司,北京100011)摘要:结合一个深基坑支护工程实例,对微型钢管桩在复杂地层及特殊基坑周边建筑环境中的设计与应用进行了分析,重点介绍了微型钢管桩在深基坑设计中的计算方法及施工注意事项.相关成果对类似工程具有一定指导和借鉴意义.关键词:微型钢管桩;复杂地层;基坑设计;计算方法中图分类号:TU753文献标识码:A文章编号:10067973(2012)01026102一,工程概况某深基坑工程,基坑深度20.25m,距离基坑西侧坡顶8.5m有一栋4层独立基础建筑,基础埋深lm.基坑西侧岩土层至上而下主要为:素填土层,以粉质粘土及碎石土为主,平均厚度0.5m;强风化板岩,褐色,黄褐色,结构较完整,节理裂隙中等发育,局部含软弱夹层,岩石基本质量等级为V级,平均厚度14.3m;中风化板岩,灰黄色,岩芯呈块状,板状,层理次发育,局部含软弱夹层.西侧基坑岩石整体走向15.25.,倾角15.20.,边坡坡向190.,无地下水.二,支护方案最初设计方案采取1:0.4放坡+预应力锚杆柔性支护方案,具体支护参数见表1.表1锚索支护参数序号类型竖向间距(m)自由段(m)锚固段(m)锚索水平间距均为3.Om,钻孔孔径110mm,上5排为预应力锚索,第6排为全长粘结锚杆,锚索(杆)倾角均为15.,锚下承载结构采用2116a,长度为1.Om,基坑每次开挖至锚头标高下0.5m,面层配置8200mm200mm钢筋网,并喷射1OOmm厚C20混凝土.基坑岩石设计采用爆破开挖,震动波速不大于25mm/s,距离基坑侧壁3m范围内采用机械开挖.但是实际施工过程中,西侧基坑放坡坡率为1:0.2,并存在严重超挖现象,且未按要求放坡作业,开挖至12.25m时,西侧建筑填充墙等非主体结构严重开裂,地表出现平行基坑的通常裂缝.基坑侧壁局部发现生活用水,且岩石倾角大多接近45.,与勘察不符.因此,组织相关专家对西侧基坑进行重新评估并对其进行加固.由于机械成孔灌注桩需要大型设备,且在中风化板岩中成孔困难,施工周期长.最后决定对已开挖的12.25m按最终潜在滑移结构面增加2排预应力锚索,以下8.Om采取钢管桩(0219(20)1200,嵌固深度3.Ore)+3排预应力锚索(两桩一锚)联合支护.钢管桩距离开挖基坑侧壁坡脚2.Om.锚索参数见表2.表2桩锚支护锚索参数三,设计方法1.桩径变换采用理正深基坑支护6.0软件对下部桩锚支护进行设计计算.由于软件默认为钢筋混凝土灌注桩,其刚度与钢管不同,为准确计算最终水平变形和竖向沉降,需按等刚度(EI)原则进行桩径变换(钢管桩内灌混凝土不予考虑,作为安全储备).因此,外径219ram,壁厚20ram的无缝钢管,按C40混凝土等换为直接250ram的灌注桩.桩间距不变.2.内力计算桩锚结构内力计算采用规范法【1l,先计算出各个工况下的弯矩和剪力值,再根据不同工况下的最大值形成内力包络图,桩身弯矩及剪力计算结果见图1所示.根据钢管桩桩身受到的最大弯矩和剪力,选取外径219mm,壁厚20mm的20号(含碳量20%)无缝钢管进行抗弯强度(主要为单向受弯)和抗剪强度验算2l.经计算均满足要求.考虑到基坑地表和建筑结构已经开裂,钢管桩抗弯承载力安全储备进行了适当的提高.3.变形计算桩锚结构变形计算采用有限元弹性支点法_1J,桩身水平位移及竖向沉降计算结果分别见图2和图3所示.计算结果基本满足规范要求(30mm).弯矩(kNm)剪力(kN)(一83.58)(4351)(一131.15)一(85.51)图1桩身弯矩,剪力包络图收稿El期:20111109作者简介:梁宏生(1968一),男,北京人,中国水利水电第二工程局有限公司,主要从事工民建施工.00000C22222.引引引庐23332262中国水运第12卷位移(mm)(一306)一一(一26.93)图2桩身位移图距坑边距离(m)O123456789l011【131415160一=/抛物线法三角形法指数法最大沉降16mm最大沉降19mm最大沉z29mm图3地表沉降图4.整体稳定计算基坑上部12.25m采用理正岩土6.5软件单独计算其稳定性,安全系数为1.80.然后将上部岩土体作为超载,计算下部8.0m桩锚结构的整体稳定陛.整体稳定采用瑞典条分法和总应力法,计算整体稳定安全系数为1.631,满足规范_1】1.3的要求.5.抗倾覆稳定性计算钢管桩支护结构的抗倾覆稳定性按下式计算:Ks=MPMd1式中:M为被动土压力及支点力对桩底的弯矩;M为(上接第260页)通过本图可以看出,13#监测点分别在8月11日,8月20日至30日,9月29日前后,出现3次规模较大的水位波动,21#监测点的水位波动集中在10月4日至24日时段内,两监测孔的水位埋深在10月20日之后均呈平稳增大趋势.曲线的波动与隧道施工有关.据调查,隧道施工方于8月12日至10月18日,对隧道两侧进行帷幕灌浆,其中3次规模较大的帷幕灌浆发生在8月10日,8月20日,9月27日前后,这与13#监测点3次规模较大的水位波动相吻合.而21样监测点距离1#竖井距离稍远,只有9月27日在21#监测点附近的帷幕灌浆对其影响较大.l0月18日开始1#竖井开始抽水,随后各监测点的地下水位也逐渐下降,反映在曲线图上为水位埋深值逐渐增大.此外,两监测点的水位埋深的不规则变动,部分考虑是由于隧道开挖,爆破施工等因素引起的.由此可见,使用振弦式渗压计对岩溶塌陷水(气)压力进行监测,可以方便,快捷地获知岩溶含水层水压力变化情况,实现全天候,连续动态监测的目的.数据由自动采集系统收集并自动存储,可以有效的避免天气变化等因素对数据采集工作的影响,大大提高数据采集的工作效率.五,结语振弦式渗压计具有精度高,反应快,抗干扰性强,使用方便等特点.由于岩溶塌陷与水(气)压力的变化密切相关,因此对渗压计的安装要求较高.渗压计在安装和使用过程中要注意细主动土压力对桩底的弯矩.计算结果为Ks=1.954>1.200,满足规范要求.6.冠梁设计微型钢管桩的刚度相对钢筋混凝土灌注桩来讲,普遍比较小,因此抵抗变形的能力相对较差,在实际应用中需要注意增强钢管桩的整体性.本工程设计在钢管桩顶部倒扣并焊接2sc将钢管桩连接成整体.7.腰梁设计假定钢管桩作用在腰梁上的水平力均相等,即每根桩承担0.5倍锚索水平拉力(水平拉力小于预应力时取预应力值),然后取锚头处为刚性支点,跨度为锚索水平间距,集中荷载为钢管桩水平作用力,按连续梁计算腰梁的最大弯矩值.一般腰梁采用2榀槽钢焊接而成,因此,取最大弯矩的0.5倍便可依据相关规范【2】查得所需的槽钢型号.四,结论微型钢管桩在设计计算时,应考虑其刚度与混凝土灌注桩刚度的差异,需进行桩径变换.另外还需验算钢管桩的抗弯和抗剪承载力.参考文献【1中国建筑科学研究院.JGT1201999,建筑基坑支护技术规程s1.北京:中国建筑工业出版社,1999.212北京钢铁设计研究总院.GB500172003,钢结构设计规范s1.北京:中国计划出版社,2003.3】中华人民共和国住房和城乡建设部.GB504972009,建筑基坑工程监测技术规范S1.北京:中国计划出版社,2009.节,排除干扰,以便提高岩溶塌陷水压力监测的准度和精度.参考文献王权武.溶洞,土洞稳定性评价与工程处理【JJ.甘肃科技,2007,23(6):175178.21陈佳云,孙福元.斗笠山矿区岩溶塌陷分布规律及成因探讨煤炭科学技术,2000,28(9):2224.【3J蒋小珍.岩溶塌陷中水压力的触发作用叫.中国地质灾害与防治,1998,9(3):4247.4J杨元才,黄卫斌.振旋式传感器的研究与应用t1.港工技术与管理,1994(3):5456.【51基康仪器(北京)有限公司编译.BGK-4500S/45608渗(扬)压计安装使用手册【R1.北京:2002.61张军荣,廖占勇.振旋式渗压计埋设过程中容易被忽视的几个细节U】.水电自动化与大坝监测,2011,35(3):7178.71蒋小珍,雷明堂,顾维芳,等.线性工程路基岩溶土洞(塌陷)监测技术与方法综述中国岩溶