强降雨作用下桩锚支护结构稳定性研究

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1、强降雨作用下桩锚支护结构稳定性研究　　摘要：结合郑州西区某桩锚支护深基坑工程实例，利用给水度分析及参数调整试算法对其进行强降雨作用下的结构稳定性分析，得出桩锚支护结构在强降雨过程中是安全的，并经监测数据证实，为本地区后续基坑工程，采取恰当的雨季施工措施提供了理论依据。关键词：桩锚支护基坑给水度稳定性分析中图分类号：F54文献标识码：A1引言城市快速发展过程中，因工民建、市政等基础建设项目需要，地下空间的开发利用也越来越充分，基坑深度加深的同时，对周边建筑物的保护也日趋重要，由此导致基坑工程面临的风险也

2、越来越高。据基坑工程事故调查分析[1]，水是引起基坑事故的重要原因之一，其中由于地下水引起的基坑安全事故占约13.2%，尤其是在沿海软土地区，因地下水影响造成的基坑工程事故率高达到35%以上，算上雨水作用导致的基坑事故，比例更高。9极端天气的频繁出现，对基坑安全是一个严厉的挑战。一次强降雨过程，导致郑州多个基坑出现事故，如2010年一次降雨过程导致郑大一附院门诊医技楼基坑被淹。为此，做好基坑工程的雨季施工措施，成为行业普遍重视的问题。本文结合郑州西区一个已完成的深基坑工程，支护形式为桩锚支护结构，分析

3、其在强降雨作用下的稳定性，并经历了两次显著的降雨过程考验，结合监测数据，证实了其在强降雨过程中的安全稳定。2基坑工程概况某基坑位于郑州市大学路与中原路交叉口附近，深11m，采用桩锚支护，受场地限制，垂直开挖，护坡桩直径900mm，冠梁尺寸1000×800mm，二道预应力锚索分别在-3.0m、-7.0m部位，长度分别为26m、24m，锚固段均为16m，成孔直径150mm，倾角15°，施加预应力160kN、150kN，设计剖面如下图1所示。图1基坑支护设计剖面图根据项目岩土工程勘察报告，在基坑支护影响范围

4、内土层结构从上到下分述如下：第(1)层，杂填土，层底埋深0.8～3.8m，主要为柏油路面、灰土垫层和人工堆积填土，其下部含少量砖块、灰土等建筑垃圾。第(2)层，粉土，黄褐色，稍湿，中密～密实，局部有砂感，含蜗牛壳碎片和黑色腐殖质斑点。9第(3)层，粉土，呈褐黄色，灰黄色，稍湿，密实，局部有砂感，含蜗牛壳碎片及钙质结核，粒径一般5～20mm，局部含量大。第(4)层，粉土，呈褐黄色，稍湿，密实。含少量蜗牛壳碎片，见少量钙质结核，粒径一般10mm左右。第(5)层，粉砂、粉土，呈褐黄色，稍湿，密实。主要矿物成

5、分为石英、长石，含少量云母碎片，分选性较差。局部夹粉土，湿，密实，含少量蜗牛壳碎片及钙质结核。第(6)层以下以粉质粘土为主，土层密实、处于可塑到硬塑状态。基坑开挖深度影响范围的土层参数如下表1所示。表1基坑支护土层参数表3强降雨过程下的稳定性分析3.1雨水下渗机理分析及下渗过程计算根据相关文献的调查[2][3]，影响雨水下渗的主要因素包括，土体的渗透系数、给水度(饱和的土体或岩层，在重力作用下排出的水量与土体或岩层体积的比值)、降雨对表层土体结构的改变、土体结构等，其中以渗透系数、给水度二者对雨水下渗

6、影响较明显。渗透系数决定了雨水下渗的难易程度；给水度很大程度体现了入渗以后的雨水继续下渗的难易程度，降雨后土体表层空隙被下渗雨水中携带的细小颗粒填充，近似可理解为土体表层被简易密封处理，导致后续的雨水难以连续通过，形成积水后，在重力作用下才可能进一步下渗。9据工程地质手册(第四版)中黄淮海平原地区渗透系数经验数值表[4]，粉土的渗透0.1m/d，考虑土体前期土体被扰动的影响，将其扩大为1m/d；给水度经验值取0.1～0.15，考虑一定的安全系数，给水度取0.3。结合岩土工程勘察报告中的孔隙比推荐值，第

7、2层到第5层土的孔隙比依次为，；第2层到第5层土的厚度依次为：；分短时强降雨过程、持续降雨过程两种不同的工况进行雨水下渗工况进行计算。3.1.1计算工况1(短时间强降雨过程)假定本工程经历了一次强降雨过程，导致基坑周边出现积水，地表积水深度1m，积水持续时间24小时后，采取排水措施，排除积水。同时假定在降雨前，土体处在干燥状态，含水量为0，雨水下渗后吸水至饱和状态。取1m³土体为计算单元土体，根据相关公式计算得出第2层粉土每1m³土体的空隙体积及吸水饱和后，每1m³土体吸

8、入水的体积：由此推算出1m³入渗水体均匀入渗第2层粉土后，雨水下渗的长度：考虑土体结构不均匀及土体裂隙等因素的影响，增加0.5m的超渗长度，上部杂填土层厚2m，则经历此次降雨后，入渗深度在5m左右，第一排锚索实际施工位置在地表下3.0～3.5m之间，按3m考虑，受下渗雨水影响的锚索长度：9式中Lf为锚索的自由段长度，如下图2所示，即表明，入渗雨水尚未对锚固段产生影响，在锚固体注浆密实的情况下，锚索的应力不应该出现较大的损失，仅上部土体对基坑侧壁