排桩支护最终版

1、紧邻别墅的基坑支护型式研究 罗飕(中铁二局第一工程有限公司，贵州 贵阳550003 )摘要：某隧道明挖段基坑K1+230-275段紧邻别墅，本文采用了钻孔桩+横撑的结 构型式对基坑进行了支护。采用理正深基坑7.0计算软件对基坑进行了计算，得 出基坑整体稳定性安全系数、抗倾覆安全系数；并对基坑开挖进行了数值开挖模 拟，得出了地表位移、排桩位移及内力、第一道横撑的位移及内力，以此评价基 坑开挖完之后基坑及别墅的稳定性，对类似工程有一定的借鉴意义。关键词：基坑，别墅，钻孔桩，横撑，位移。The Research about Supporting Type of Pit which is Adjace

2、nt to the VillaLuo biao(China Railway Erju 1st Engeneering Co.,Ltd,Guizhou Guiyang 550003)Abstract: The Opening excavation section of K1+230-275 in a tunnel pit which is adjacent to the Villa, it use the structure type of bored piles+crossbar to support the pit . The rationale deep pit 7.0 calculati

3、on software is use for calculation,and obtain the the safety factor overall stability he safety factor of against overturning;and it carry out numerical simulations for the pit ,and obtain the displacement surface、 displacement and internal force of row piles、the displacement and internal force of f

4、irst cross brace, in order to evaluate the stability of the pit and the villa .It have a certain significance for similar projects.Keywords: pit, villa, bored pile, crossbars displacement.工程概况及存在的问题某隧道K1+230-275段紧邻3栋别墅，该段隧道为明挖，明挖基坑深度为 13.2m，宽21.4m，具体见图1所示。别墅离基坑的距离分别为4.5m、3m、4m。 该段围岩从上而下依次为1m厚填筑土、2m厚

5、软粘土、4m厚圆砾层、4m强风化 板岩、中风化板岩。图1基坑平面Figure 1 the plan of pit存在的问题：基坑深度较大且该段围岩稳定性差，选择好的基坑支护型式 很关键；2号别墅离基坑的距离仅3m，基坑开挖之后容易导致别墅产生较大的沉 降，从而影响别墅的稳定性。本段基坑的支护型式设计及计算由于本基坑工程围岩较差且有2m厚的软粘土，如果采用桩锚支护型式的话， 锚索预应力容易损失，从而无法保证基坑及别墅的稳定性；针对本基坑的特点决 定采用钻孔桩+横撑的支护型式，见图2、图3所示，钻孔桩的直径为1.0m，间 距1.3m，并在地表施做冠梁（截面尺寸为0.8mx0.8m），在基坑内部设置

6、三道水 平支撑，竖向间距为4m，第一道支撑为钢筋混凝土（截面尺寸，每隔 7m布置一道），其余两道水平支撑为钢管（钢管直径为609mm，壁厚12mm，每隔 3.9m布置一道）；在基坑外侧设置高压旋喷桩，旋喷桩的直径为0.8m，按间距 1.3m布置。图3基坑支护平面Figure 3 the plane supporting0C9OJ+U图2支护立面(单位：cm)Figure 2 the facade of supporting (unit: cm)隧道结构断面见图4所示，钻孔桩与旋喷桩的布置关系见图5所示。图4隧道断面（单位：m）图5钻孔桩与旋喷桩Figure 4 tunnel section （

7、unit: m）Figure 5 bored piles and jet grouting pile为了确保基坑结构的稳定性，同时不对别墅产生影响，采用理正深基坑7.0 计算软件进行本段基坑结构左侧（有别墅那一侧）进行计算，计算模型见图6 所示，受别墅的影响，地表超载值取P=15kN/m2。计算内容有：1）地表沉降计 算，见图7所示；2）整体稳定计算，见图8所示；3）抗倾覆稳定计算；4）抗 隆起验算，见图9所示。中风化岩 r=22 c=500 0=35场 0000 皿213 X -= s r C0r=21 c=5 0=33离坑边距离（竹）1 6 E 1? M 16寸图6计算模型Figure 6

8、 the computational model图7地表位移Figure 7 the displacement of surfacem)图9抗隆起计算模型Figure 9 the model of against swell图8整体稳定性计算模型（单位：Figure 8 the model of overall stability （unit: m）（1）地表沉降：从图7中可以看出，离坑边越远地表沉降就越小，最大地表 沉降值为5mm左右，满足要求。（2）整体稳定性验算：计算方法：瑞典条分法，条分法中的土条宽度：0.40m；应力状态：总应力法，滑裂面数据：整体稳定安全系数Ks = 2.347,满

9、足要求。（3）抗倾覆验算：抗倾覆安全系数：MK 二 Ps MaMp被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支 撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小 值。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。Ks = 1.658 = 1.250,满足规范要求（4）抗隆起验算:抗隆起按以最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算，结果如下：次，+ G,_* 心的圆弧条分法计算，结果如下：:cos tanqb + Gj :-KrLKs = 2.585寻2.200，坑底抗隆起稳定性满足。基坑开挖数值模拟3.1模型及材料参数本文采用MIDAS/GTS数值计算软件对2号别墅附近段的

10、基坑（桩号为 K1+245-265）进行开挖数值模拟，为了计算的方便，计算模型横向X方向） 取80m，竖直方向（Z方向）取30m （不含别墅的高度），纵向（Y方向）取20m ；边界条件为横向左右固定，竖直方向底部固定，纵向前后固定。整体 模型见图10所示，钻孔桩+横撑支护结构模型见图11所示。图10整体模型图11支护结构模型Figure 10 overall model diagramFigure 11 the model of supporting structure计算中，冠梁、钻孔桩、水平支撑均采用梁单元来模拟，本构关系为弹性; 别墅采用实体单元来模拟，本构关系为弹性；围岩采用实体单元模

11、拟，本构关系 为摩尔-库仑。材料参数见表1、表2所示。表1材料参数表Table 1 Parameters of soil layers材料填筑土软粘土圆砾板岩别墅单元类型实体单元实体单元实体单元实体单元实体单元模型类型摩尔库伦摩尔库伦弹性弹性弹性弹性模量(E) (kN/m2)130008600020000042000021000000泊松比(v)0.350.30.20.20.2容重(y ) (kN / m3)2021222125容重(饱和)(kN/m3)21222322-粘聚力(c) (Mpa)0.120.3-摩擦脚e)2530-表2结构单元参数表Table 2 the structural

12、unit parameter材料钻孔桩第一道横第二、第三冠梁撑道横撑单元类型梁单元梁单元梁单元梁单元模型类型弹性弹性弹性弹性弹性模量(E) (kN/m2)298600002970000010000000029820000泊松比（）0.20.20.20.2重量密度(tonf / m3)2.62.47.852.5厚度或直径（m）1.00.80.60.83.2开挖流程具体开挖流程为：施做钻孔桩、冠梁、旋喷桩；向下开挖2m然后施做 第一道钢筋混凝土横撑；继续向下开挖4m并施做第二道钢支撑；继续向下 开挖4m并施做第三道钢支撑；继续向下开挖3.2m；施做隧道衬砌并逐步拆 除横撑；基坑回填。三道横撑的施做

13、见图12所示。(a)施做第一道横撑(b)施做第二道横撑(a) construct the first crossbars (b) construct second crossbars(C)施做第三道横撑(c) construct the third crossbars图12施做横撑效果图Figure 12 the rendering of constructing the crossbars3.3结果分析（1）围岩及别墅位移分析通过计算得出本段基坑开挖后围岩及别墅位移变形等值性图，见图13所 示。（a）竖向（b）水平（a） vertical（b） level图13地表位移Figure 13 t

14、he displacement of surface从图中可以看出，基坑开挖后地表发生了沉降，基坑地表向上隆起，而基坑 侧壁围岩向内侧发生了变形，具体表现在：基坑两侧地表位移不一样，受别墅的 影响，地表左侧位移要比右侧大，左侧地表最大竖向位移为1.37mm，别墅最大 沉降为1.37mm ；受别墅的影响，基坑左侧水平位移要比右侧大，左侧最大水平 位移发生在左侧壁下部，最大水平位移值为2.22mm，右侧最大水平位移值同样 发生在基坑下部，最大值为1.29mm。因此，从上述分析中可以看出，基坑竖向 位移及水平位移均不大，且别墅发生的沉降值也不大，表明基坑和别墅均是安全 的。（2）钻孔桩位移及轴力分析

15、通过计算得出钻孔桩水平位移及轴力图，见图14、图15所示。DISPLACEMENT+ 1.285496-0038.3%+1 riRR 1 FiR-nm10.3%6.6%+ R 可宇1闩-11487%+4 riFi-iZR-ririii11.4%+1宜弟姻曰_国24%-1：。扫口0.0%明丁品_|40.0%-4 Rflrn rr-0040.2%-R RFl：-l2flfi-nri46.6%_q ri7R4-|p-nri467%-1 10RqFiR-nrr-：77%-1 ,如 We-iM7.1%_1 RssFip-nrr-i7.3%-1 7F：4QriR-nrr-：97%nrieioi fi_nr

16、r-i7.1%-2.22352e-003DX , rnBEAM FORCE+6.455958+000.8E%13.4%15.6%.12.3%8.9%6.3%7.2%3.9% 5.7%2.9%1.4%1.7% 1.7%- 0.3%.1.2%6.80441 e+0011.052948+0021.42544e+0021 79794e+0022.17044e+0022.54294e+0022.91544e+002：3.28794e+0023.660446+0024.03294e+0024.40544e+002477794e+0025.15044e+0025.52294e+0023.07941 e+00

17、15.89544e+002图14钻孔桩水平位移图15钻孔桩轴力Figure 14 horizontal displacement of bored piles Figure 15 axial force of bored piles从图10中可以看出，受侧壁围岩挤压的影响，钻孔桩发生了变形，且左侧 钻孔桩水平位移要比右侧大，最大位移发生下钻孔桩中部，最大值为2.22mm； 从图11中可以看出钻孔桩最大轴力发生在左侧3/5位置处，最大值为589kN。 从以上分析可以看出，钻孔桩位移及轴力均不大，在安全范围之内。（2）横撑位移及弯矩分析在基坑开挖过程中水平横撑起到了非常关键的作用，尤其是第一道水平

18、横撑 有有效地控制地表变形，通过计算得出第一道水平钢筋混凝土横撑的位移及弯矩图，见图16、图17所示。.815216-005-7.87689e-005-1.39386e-00412J：i0003e-0046.8%-2.60619e-0i：i48.3%-3.21236e-0i：i4+4.24647e-0057.5%-3.81853e-0i：i4 7.5%-4.424708-004.6.8%-5.03086e-0048.3%-5.637i：i3e-i：n：i46.8%-6.24320e-i：ii：i46.8%-6.84937e-0i：i46.0%.-7.45553e-004.3.8%-8.0617

19、0e-i：n：i4.3.0%-8.66787e-0i：i4.3.0%.-9.274i：i4e-0i：i4BEAM FORCEMy , kN*m+4.024758+002+3.322798+002+2.62i：i84e+0i：i28.6%+1.91889e+0027.2%+1.21693e+0026.0%+5.14980e+0016.1%-1.86974e+0015.0%-8.88927e+0014.8%-1.590886+002 4.4%-2.29283e+0024.3%-2.99479e+0023.8%-3.69674e+0023.8%-4.39869e+00237%-5.10065e+00

20、23.4%-5.80260e+0023.4%-6.50456e+0022.3%-7.20651e+002图16第一道横撑水平位移图17第一道横撑弯矩Figure 16 horizontal displacement of the first crossbars Figure 17 moment of the first crossbars从图中可以看出，受左侧别墅的影响，横撑最大水平位移发生在横撑的左侧， 最大值为0.92mm；弯矩最大值发生在横撑两端，最大值为720kN.m。从以上分析 可以看出第一道横撑的水平位移及弯矩均不大，在安全范围之内。结论及建议本文采用了钻孔桩+横撑的结构型式对紧邻别墅段的隧道基坑进行了支护， 采用理正深基坑7.0对本段设计进行了验算，得出基坑整体稳定性Ks = 2.347、 抗倾覆安全系数Ks = 1.658、抗隆起安全系