地铁基坑支护结构计算与分析（何楠 邵岩 穆林）

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1、地铁基坑支护结构计算与分析（何楠邵岩穆林）　　［摘要］以XX地铁9号线科怡路站3号出入口基坑支护设计方案为例，介绍土钉墙支护、钻孔灌注桩支护结构设计的过程和方法。［关键词］基坑支护土钉墙钻孔灌注桩启明星 1工程概况 　　拟建XX地铁九号线位于XX城西部，呈南北走向，全线均为地下线，全长约16.5km，共设14座车站。其中科怡路站共设有四个出入口和两个风道，车站平面布置图见图1。结构主体采用明挖顺做，基坑开挖最深处约为13m，属于深基坑开挖。潜水静止稳定水位标高位于结构底板之下，基坑开挖不考虑基坑降水。3号出入口和2号风道位于车站主体东北角，2号风道距离东侧四层楼房约8.9m，距离北侧电信出

2、局管线约5.07m，其施工场地北、东两侧较狭窄，南、西两侧较宽阔。 　　基坑3号出入口坑深9.9m，南侧场地较为开阔，初步考虑采用土钉支护的方式，放坡70°，土钉共8排，梅花形布置，水平竖向间距1.2m，与水平面夹角15°，上三排8m，下五排6m。土钉材料采用φ22钢筋，土钉表面采用100mm混凝土喷层，喷层布置φ8150mm×150mm钢筋网。 　　2号风道北侧基坑较深，约为12.5m，由于临近有管沟和建筑物，基坑只能设计为直立边坡，采用钻孔灌注桩加锚杆形式进行支护。钻孔灌注桩直径0.8m，锚固深度3.5m，沿基坑东侧北侧水平间距均为1.6m。锚杆一端在桩上，另一端锚入土体，竖向间距4

3、.5m，每根桩上共两道。锚杆采用6φ12.7钢绞线，长度均为20m，其中锚固段15m，倾角20°。 　　基坑中心缓坡上部无地面超载，且高度不大，缓坡开挖坡度1∶0.75，表面网喷80mmC20混凝土。 　　2号风道及3号出入口基坑支护典型剖面图见图2。 2支护结构设计 2.1土钉墙支护设计 　　计算采用启明星深基坑支护设计软件进行。计算时考虑地面超载20kPa。施工工序为每次开挖深度1.2m后加一次土钉，土钉距坑底0.2m。计算将每道施工步序作为一种独立静止状态，按一种工况计算，计算工况参数详见表1。 　　计算时需保证每种工况下土钉承受荷载Tjk小于土钉承载力Tuj和土钉材料抗拉强度T

4、g，即Tuj/Tjk＞K，Tg/Tjk＞K。Tuj指土钉整体不被拔出的极限，与土压力、土钉长度等因素有关；Tg指土钉材料不被拉断的极限，与钢筋直径根数等有关。上述值由程序根据参数自动计算。有时会出现最后一工况满足Tuj/Tjk＞K，但中间工况不满足的情况，此时可调整土钉长度重新计算，直到每一工况都满足要求为止。 　　XX年第3期黄河规划设计总第149期何楠等：地铁基坑支护结构计算与分析经计算，结果如下: 　　每种工况每排土钉均Tuj/Tjk＞1.25，Tg/Tjk＞1.25。其中最后一工况土钉承载力见表2 　　除此以外还要对土钉墙整体进行稳定验算，整体抗倾覆/抗滑移验算。整体稳定验算采用

5、传统的圆弧滑裂面条分法。整体抗倾覆/抗滑移验算与重力式挡土墙稳定计算类似，将土钉锚固的土体作为重力式挡土墙，最下排土钉末端作为模拟墙体的角点。 　　程序须选择以常数法或m值法计算。“m值”指土的水平抗力系数的比例系数，“常数”指土体水平弹簧系数k。选用哪种方法计算，应结合地质资料以及经验综合选择，本工程结合地质资料，采用m值法计算。程序提供由c、φ值估算m值的公式，此公式需要结果位移参数，可采用试算法假定结果位移进行试算，根据试算结果调整m值重新计算。 　　为了控制桩体侧向位移需要对锚杆预加轴力，《建筑基坑支护技术规程》规定宜取为锚杆轴向受拉承载力设计的0.5~0.65倍。计算时先不施加预

6、加轴力，试算求得锚杆拉力，以此拉力值的一半作为预加轴力再次试算，试算两到三次即可满足要求。根据《建筑地基基础设计规范》要求，以其附录建议公式进行计算，结果如下: 整体稳定验算：K=1.41 　　墙底抗隆起验算：Prandtl法，K=7.47 Terzaghi法，K=9.31 坑底抗隆起验算：K=1.95 抗倾覆验算：K=3.55 　　根据《建筑地基基础设计规范》式5.4.1整体稳定安全系数K=1.2，式V.0.1墙底抗隆起安全系数K=1.6，式T.0.1抗倾覆安全系数K=1.3，因此钻孔灌注桩各项稳定计算满足规范要求。 　　程序生成桩体内力包络图见图3。根据内力包络图，求得钻孔灌注桩最终配

7、钢筋1822，箍筋φ16＠150。经过计算可知，基坑支护设计满足要求。 　　2号风道东侧基坑为13.3m，设计沿用上述桩体加锚杆的形式，仅将桩体锚固深度调整为3.65m，第一排锚杆长调整为23m，其中锚固段18m。经过计算，边坡稳定满足要求，计算过程不再详述。 3结论 　　(1)基坑南侧9.9m斜坡采用土钉墙支护，北侧12.5m直立坡采用钻孔灌注桩加锚杆支护，中部缓坡采用喷混凝土支护，布置满足场地要求，方案合理可行。