较大动荷载作用下深基坑的支护

辽宁建材402005年第4期工程应用较大动荷载作用下深基坑的支护孙鹏，夏景仁，李春国，李燕伟（铁煤集团建设公司，辽宁铁岭112700）[摘要]介绍紧临较大动荷载情况下，深基坑的支护设计、支护技术、注意事项和施工过程。[关键词]较大动荷载；紧临深基坑；基坑支护[中图分类号]TU753.8[文献标识码]B[文章编号]1009－0142（2005）04－0040－021工程概况及周围环境装车仓工程为铁煤集团某矿扩建工程，由五个连筒储煤仓、一个出煤走廊、一个上煤走廊、一个轨道衡和一个装车站组成，占地面积约为4500m2，该工程的南面为单层厂房，东面为原储煤仓，北面为原装车站及出煤走廊（该装车站建好后即废弃）该工程的西面跨一条铁路线即为装车站和轨道衡工程。该条铁道线紧邻另一条铁路线，因为该铁道在施工期间被拆除（工程竣工后再行恢复）所以其相邻的铁道就变得更为重要和繁忙，因为该矿的铁路线为三个煤矿煤炭运输的交汇点，所以这条相邻的铁路线的运输负荷便进一步加大，施工区域紧邻着这条繁忙的铁路干线，无疑更增加了施工的难度。地质条件为西侧铁路线地势平坦，向东逐渐偏低。地下土层：上层土为杂填土，下层土为粉质粘土和细沙，地下水位在-2m处，地下水至西向东流动。2基坑支护2.1条件分析施工区域基坑的东南北三面都是静荷载，且距离都在5～6m以上，有的甚至达10m之远，而西面紧邻正在使用的铁路线边缘经受的却是动荷载，且距离非常近，距铁路线只有700mm，沿线长达110m，南段装车站60m长范围内的挖深5.2m，北段轨道衡50m长的范围内挖深为4.5m，东侧连筒仓的挖深为4.1m，施工区域内的各种不利因素很多，如，东侧的原有储煤仓荷载非常大，距基坑边缘8m远。南侧的厂房已经很陈旧，且本身有一定的动荷载，地下水位又较高且流动，微小的疏漏，就可能引起地面沉降、水平位移或地下水位的细小变化都可能引发其结构的破坏导致安全事故，但其中难点和重点却是在西侧—紧邻铁路的一侧，这条紧邻的铁路线的运输丝毫不能影响，既要保证铁路运输的安全又要保证施工的安全，且施工的工程又非常紧，只有50d，因此这110m长的基坑支护就成了关健，是重中之重。其次才是降水问题。2.2方案选择基坑的支护方式大体有三种a坑内设支撑的坑内支护法b坑外设拉锚的坑外拉锚法c挡板单独支撑的支护法。（1）因为挖深较深，且土质不好又有流动的地下水，所以挡板单独支撑的支护方法很难满足要求，我们决定不采用这种方法。（2）因为基坑的面积很大且又是机械挖土，且工期要求又非常急，坑内支护法给后继工序的施工造成很大麻烦，我们决定也否定这种方法。（3）坑外拉锚法主要有坑壁锚杆法和坑上拉锚法，因为地下水自西向东流动，土质为粉质粘土和细沙，且坑壁上又有较大的动荷载，采用坑壁锚杆法不是很安全且施工也不方便，所以我们决定采用坑上拉锚法。2.3支护设计采用钢管桩和钢板围挡，钢筋拉结的方法进行支护。在基坑的西侧及即铁轨700mm处的沿线，设置一排长8mΦ150、δ=5mm的钢管，间距为800mm，再于其西侧13m处设置一排长4mΦ150、δ=4.5mm的钢管，间距为800mm。使这二排桩对应设置，将两对应桩用一级钢筋Φ16焊接相连，在8m的钢管桩上每1m间距焊接Φ16的钢套，将钢板δ=3mm卡在钢套间用木楔卡死，然后在钢板内侧用1:2水泥沙浆填实，以防铁路路基土沉降和水平位移，见如图1。2.4计算2.4.1荷载因为铁路通行火车，所以其荷载主要为动荷载，其荷载主要有火车自重、火车行走时的振动荷载，自重取其最大自重体为考察对象及火车头，重202t，计算得出每个车轮荷载为11.2t。2.4.2振动荷载车轮与铁轨间允许间隙为5mm依据简谐振动方程有Y=R·Sin(θT)其中R为振幅取允许间隙5mmθ为角速度25/s（火车正常进站时的行驶速度为36km/h，车轮直径800mm，则车轮的角速度为25/s）T为时间依据动力平衡方程有mÿ+cý+k11y=p(t)略去阻尼力cý略去自身振动力k11y则p(t)=mÿ=mR·θ2Sin(θT)=11.2×103×0.0005×252×Sin(θT)=-35×103Sin(θT)(N)取最大值为35×103(N)=35(kN)总动荷载为自重+振动荷载=112+35=147(kN)2.4.3土压力计算（1）每根枕木承担两个车轮的压力，为了简化计算，不考虑应力叠加，假定每根枕木的压力只在枕木间净距一半范围内分布，分布系数为α=a/H则竖向应力为σh=qb/(b+αh)则土深度h处的土压力为(PA)h=qb/(b+αh)·tg2(45º-ϕ/2)则全部动荷载土压力为pA=图1支护示意[收稿日期]2005－04－12辽宁建材41babtgqbdhtghbqbdhPHhAH+•−•=−•+=∫∫ln)2/45(/)2/45()(020200ϕαϕα=913(kN/m)土压力作用点的位置距桩顶距离y=h∫∫∫∫++•=••HHhAHhAHhbdhhbdhhdhPdhph0000)/(/)/()(/)(αα=Hm4.2)(ln1=−+•−abbab(2)自重土压力（有地下水）Eakhhha2)2(121γ•+=+(awkh2)22'•+γγ56.110333.024)109(333.02218)422(2=×++××××+=kN/m其中h1、h2为地下水位线至坑顶和坑底的距离分别为2、4m其中γ为天然土重度为了18kN/m3γ'=γb-1=19-10=9kN/m3γb为饱和土重度为19kN/m3γw为水的重度为10kN/m3土的内摩擦角030=ϕ土压力系数为k333.0)245(02=−=ϕtga自重土压力作用点的位置，距桩顶)m(98.156.110/]3424333.0)109(333.024218)324(333.02218[222=×××++×××++×××=hY（3）支护计算钢管桩由M20642.0maxlq•=mfWM≤=maxσ验算得以上设计满足要求。由m7.12/=≥ϕtgHl取锚固桩与护壁桩的排距为13m。2.5支护施工程序（1）首先制作钢管桩，将钢管一端制成钢尖，另一端焊成环箍，钢管桩制作完毕后，在护壁桩和锚固桩位置，撤好位置线，然后用简易打桩机将护壁桩和锚固桩沿位置线打入地下，用Φ16钢筋将锚固桩与护壁桩对应焊接相连。见图2。（2）用挖沟机将土方分层开挖，每层厚度为1m，将距桩600mm范围内的土方留置由人工开挖，以免破坏护壁桩。（3）挖完后，清理干净护壁桩在桩的顶部和1m处焊接钢套，由Φ16钢筋煨制，双面满焊，焊缝长L=100mm，δ=5mm。见图3。（4）将护壁钢板水平插入钢套间，用木楔将钢板楔住，然后在钢板与土壁间灌注1:2水泥沙浆，捣固密实，控制稠度，加入5%早强剂。见图4。（5）下层做法如上所述。（6）降水措施，在坑底边周围挖0.8m×0.8m的排水沟，每隔40m，设一积水坑排水。2.6施工控制（1）在每一道工序工程实施前，都必须做好有针对性的详细的技术交底，使每一个具体的操作者都掌握其施工的质量标准和正确的操作方法。（2）在实施的整个过程中，严格监督、认真检查。（3）做好基坑监测，监测的内容包括基坑土体的水平位移，基坑周边的地面沉降，地下水位和周边建筑物的沉降观测，重点是铁路线的沉降观测，我们在这段区域内设置了四个观测点，水平位移观测结果：一个点4mm，二个点3mm，一个点5mm，实施效果表明，在整个施工过程中，护壁是受到了严格、有效的控制的。3结束语（1）在深基坑边上有火车通行，这样大的动荷载，在我们的施工中很少遇到，现有的资料中也很难查询，几乎找不到可以直接进行借签和参考的资料，既要保证火车的安全通行，又要保证工程的安全施工，给我们提出了一个难题，通过这次施工，我们积累了一些这方面的经验，摸索出了一些行之有效的方法。（2）过程监控非常重要，在整个工程的施工过程中，我们认真校对两对应桩的垂直程度，拉结钢筋的绷紧程度。我们仔细检查每道焊缝的质量。在灌注沙浆时，严格控制稠度，严格进行分层捣固密实，确保土方不会因为护壁间隙而产生沉降和位移。（3）这个方法比较经济合理，随着基础工程的陆续施工完毕，土方的逐渐回填，护壁钢板可以由下至上依次取出，最后将钢管桩拔出，钢筋等均可回收利用。（4）基坑支护的方法很多，遇到具体的问题，依据实际情况，通过认真的比选和设计，终能找到即简便易行又经济合理的方法。▲图2锚固桩与护壁桩焊接相连图3护壁桩在桩的顶部和1m处焊接钢套图4护壁钢板水平插入钢套间示意木楔护壁钢板灌注沙浆木楔钢套护壁柱50×5角钢点焊钢板