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LXK法锚杆在基坑围护结构设计中的应用
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摘要:结合工程实例,介绍了LXK法锚杆在基坑围护结构设计中的计算假定、计算方法及计算结果,简述了LXK法锚杆的施工。（参考《建筑中文网》）
关键词:LXK法锚杆;基坑围护;结构设计
1 工程概况
磨碟沙站是广州市地铁二号线首期工程东部线路的第3个车站,位于海珠区新港东路华南路立交桥以西,赤岗以东路段的道路中心附近。车站东距新港东站1569.5m,西距赤岗站770m。车站为地下浅埋单层车站,侧式站台。总建筑面积10914m2,主体建筑面积8902m2,区间隧道风机房及活塞风道的面积2012m2,车站外包总长194.8m,宽度为24.0~93.2m。
站址两侧是密集的建筑物,且离车站主体结构较近。车站北面有两栋9层住宅楼、广州市蔬菜研究所办公宿舍区及实验田;南面有新建19层住宅楼、拟建10层办公楼、加油站及6层办公楼。车站主体位于城市主干道下,纵向中心线与现有道路中心线基本重合。站址两侧密集的建筑物给基坑围护结构的施工带来了一定的困难。
2 工程地质
根据地质报告反映,磨碟沙站基坑范围内从上到下依次为人工填土层;陆交互相沉积层;砂层;残积层;岩石全风化带;岩石强风化带;岩石微风化带。根据磨碟沙站工程地质特征和基坑开挖深度,其基坑围护结构宜采用桩式围护结构或地下连续墙。
3 基坑围护设计方案比较
基坑围护设计在初步设计阶段已经进行了多种方案的比较,后经广州市建设科学委员会办公室主持的基坑审查会审查通过的初步设计阶段围护结构为钢支撑方案,此方案围护结构是沿着主体结构外边线每隔1.15m设置1根Ф1000的钻孔灌注桩,桩顶高程为8.3~8.5m,桩底高程考虑防水要求,按进入相对不透水层(强、中风化岩层)进行设计,桩底高程为-7~-11.8m,桩长14.5~20.3m。桩间采用三重管高压摆喷桩止水,基坑内侧设置2层Ф600钢支撑的方案。
由于钢支撑方案中选用的型材与业主提供的型材不同,需耗用的钢材量较大,且对施工时土方开挖、混凝土浇筑等过程影响较大,业主和施工单位希望在保证安全可靠,技术可行,经济合理,施工方便的前提下,要求钢支撑方案改为锚杆方案,加快施工进度。经比较后,Ф1000的钻孔灌注桩不变,在宽24m内的基坑,仍然保持2层Ф600钢管支撑方案;在宽93.2m内的基坑,采用了一种方法简便、护挡结合、造价较低的建筑基坑支护新技术———LXK法锚杆。
LXK法锚杆布置采用二桩一锚,在平面上每隔2300mm布置一排锚杆,立面上每隔2000mm或1500mm布置一层,锚杆的锚固体直径选用350mm,锚杆入射角为20°,即锚固体是一个斜向Ф350mm的搅拌桩。锚杆采用7Ф5钢铰线,按普通锚杆计算,钢铰线与锚固体的握裹力难以满足设计要求,通过调查和现场考察,了解到LXK法锚杆的施工工艺在钢铰线的端部设有特殊的防滑装置,其装置为一个三角形钻头和一块厚约10mm,直径约200mm的钢板组合而成,可以保证钢铰线在锚固体中不会滑移。锚固体强度要求达到1500kPa,锚杆腰梁采用2根14号工字钢。
4 LXK锚杆施工与基坑开挖要求
当基坑开挖到第一层锚杆以下0.5m时,必须进行第一层锚杆的施工,并安装腰梁,腰梁与钻孔桩间的空隙必须充填C20碎石混凝土,在锚固体及腰梁充填混凝土达到70%强度后,可进行锚杆的预加拉力,每根锚杆施加预拉力100kN,锁定后方可继续开挖第二层锚杆以下0.5m处,进行第二层锚杆施工,依此类推,直到开挖设计高程。若上层锚杆还没有施工完毕,不得向下开挖。
5 基坑围护设计
(1)基坑侧壁安全等级为一级,基坑重要性系数γ0取1.0,支护结构(包括侧墙)最大水平位移不得大于30mm。
(2)基坑围护结构设计岩土物理力学指标取值如表1所列。
(3)计算假定
①将钻孔桩假定为1000mm厚,强度混凝土标号为C25的混凝土墙,取1000mm宽度作为计算单元。
②基坑开挖时,由于存在“围护桩先位移后支撑”的实际工况,故墙体计算中考虑了墙体的先期位移。
③土压力按朗肯公式计算,且土压力、水压力分别计算,地下水位按地面以下2m计。
④桩墙外地面活荷载按20kN/m2计。
⑤锚杆腰梁计算按连续梁进行。采用《广州地区建筑基坑技术规范》中的公式:
M=αql2
(4)计算方法
计算分析采用北京理正软件研究所的《深基坑支撑结构计算程序》,计算分析以下4种情况。
①抗倾覆计算
式中:Mp———被动土压力、水压力及支撑轴力对桩底的弯矩;
Ma———主动土压力、水压力对桩底的弯矩;
K———抗倾安全系数,K≥1.1。
整体稳定计算采用圆弧面条分法(瑞典条分法)滑动面经过桩底,取整体稳定计算安全系数KZ≥1.3。
③抗隆起稳定验算
式中:Ks———抗隆起稳定计算安全系数,取Ks=1.5;
γ1———基坑面到桩底面处土层的加权平均重度;
γ2———桩顶面至桩底面处土层的加权平均重度;
D———桩的入土深度;
H———基坑开挖深度;
q———桩墙外侧地面活荷载;
Nq、Nc———地基极限承载力系数。
④抗管涌计算
式中:Kw———抗管涌计算安全系数,取Kw=1.5;
γ′———土层在D和hw范围内的加权平均重度;
hw———地下水位到基坑开挖面的距离;
D———桩的入土深度;
γw———水的重度。
(5)计算结果
①安全系数计算结果如表2所例
②从基坑开挖过程各钻孔灌注桩锚杆内力图中可以看出,基坑深度为14.3m,采用LXK法锚杆锚固,墙体最大正负弯矩发生在施工完第7层锚杆,开挖到设计高程(地面以下14.3m)的工况,最大弯矩发生在地面以下17.83m处,Mmax=1370.5kN·m,最大负弯矩发生在地面以下10.8m处,Mmin=-1185.7kN·m。钻孔桩内外侧配筋分别为99.6cm2和86.1cm2,满足强度需要,钻孔桩安全。
③各层锚杆内力如表3所列
6 结论
磨碟沙站基坑围护结构于2001年底施工完毕,车站主体结构也于2002年6月施工完毕。由于采用了LXK法新技术,比钢支撑方案节省投资170.30万元,给基坑开挖、主体结构施工带来了方便,有利于加快施工进度,缩短工期,节约投资。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/8944.htm
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