临沧地区行署地区税务局办公楼工程原木基坑支护技术

代桂富李宗权

摘要：临沧地区行署地区税务局办公楼工程原木基坑支护技术

关键词：原木基坑支护技术

Abstract: Lincang of the Administrative Office of the Inland Revenue Department office in engineering logs Foundation Pit

Keywords: Wood Foundation Pit

中图分类号: TV551.4 文献标识码：A文章编号：

一、工程概况

1、工程简况

临沧地区行署地区税务局办公楼工程为五层框架结构，局部⑧～⑩轴有地下室，建筑总高度：21.6m；层高：地下室为4.2m，一层4.5m，二～四层为3.9m，五层为3.6m，轴线长66m，轴线宽22.6m。地下室底板厚300㎜，顶板厚140㎜，墙体厚250㎜。采用钢筋砼柱下独立承台基础，基底标高为①～⑤轴－3.0m、⑥轴－3.8m、⑦轴－4.6m、⑧～⑩轴－5.4m，混凝土强度等C25，垫层C10。

2、工程地质情况

2．1、建设地点及环境特征

本工程位于临沧盆地中部（世纪路中段），地貌上为冲积平原，场地地形基本平坦，最高地面高程1475.47，最低地面高程1474.68，平均地面高程1474.97。

2.2、工程地质条件

2.2.1、地基土的构成与特征

根据地勘报告钻孔揭露，自然地面以下25m深度范围内的地基土分别为：

第四系人工堆积层（Q4ml）

①人工填土：褐灰色，不均匀，松散，稍湿，高压缩性。含少量砾石。全场地均有分布。平均层厚1.77m。

②耕土：深灰色，不均匀，松散，湿，高压缩性。含植物根茎。全场地均有分部。平均层厚1.16m，局部缺失。

第四系冲积相沉积层（Q4al+pl）

③粘土：褐红夹灰褐色，均匀，湿，硬塑状态，中等压缩性，含少量砾石，局部夹薄层状砾砂。全场地均有分布。平均层厚4.01m。

③1粘土：褐红夹灰褐色，均匀，湿，可塑状态，局部软塑状态，中等压缩性，分布于ZK1、ZK2、ZK3、ZK5号钻孔附近。平均层厚1.08m。

④粗砂：棕红色，均匀，中密，饱和。平均层厚2.42m。含少量砾石及粘性土，局部夹薄层状砾砂。全场地均有分布。

⑤粘土：黄褐色，均匀，湿，硬塑状态，中等压缩性，含少量砾石，全场地均有分布。平均层厚5.07m。

⑤1中砂：兰灰色，均匀，中密，饱和，夹薄层状粗砂，含少量砾石。全场地均有分布。平均层厚2.46m。

2.2.2、地基土物理力学指标

土的主要物理力学性质指标建议值表

2.2.3、水文地质条件

地下水为孔隙潜水类型，主要埋藏于场区的粗砂与中砂层，初见水位位于耕土底部，勘察期间稳定潜水面埋深：0.80～2.50米，场地一定范围内无化学污染源。地下水对基础砼不具侵蚀性，静止水位高程1473.99～1472.38m,平均高程1473.40m。

2.3、结论

该场地属Ⅱ类建筑场地，中软类型土，地形平坦开阔，土层层序清晰，构成较连续，无溶洞、滑坡等不良地质现象，属较均匀地基，场地稳定，是建筑抗震有利地段，适宜建筑。如选用天然地基，以③粘土作为持力层。

二、施工的难点和重点

由于本工程场地回填土层较厚（近3M，而且均为砂土层），加之正值雨季，在轴外侧场地较狭窄，且在该位置已经设置了混凝土搅拌站及砂石料堆场，不具备坡率法放坡条件，因此，如何确保基坑施工安全是本工程的难点和重点。

三、基坑支护方案的选择

基坑开挖若采用坡率法，则场地不够，且土方开挖量过大；若采用水泥搅拌桩、灌注桩排桩支护或喷锚支护，则工期太长，造价太高；采用原木桩支护，可利用当地优势木材资源，且施工简单易行，造价较低。

四、原木基坑支护的计算

原木打入土中作支护结构，其受力计算模式应采用板桩式结构，因为与其所受压力相比，其自重可忽略不计，原木稳定与自重无关；其次，原木桩的柔性，使其在土压力作用下会产生侧向挠曲变形，变形量常会使桩前、后土体达到主、被动极限平衡状态。

悬臂式木桩支护

靠加大入土深度t值，来确保桩身稳定，通过受力分析（详见图1），来合理确定t值。

图1中，木桩在土体作用下，假设C点以上向前弯曲，C点以下向后弯曲，C点变形为零，由变形位移方向决定了AC段桩后为主动土压力，BC段桩前为被动土压力，CD段桩后为被动土压力（详见图1b）。由于产生被动极限平衡所需要的位移量，要比产生主动极限平衡的变形量大十几倍以上，因此当AC段达到主动极限平衡状态时，BC段并未达到被动极限平衡状态，出于安全考虑，将BC段被朗肯动土压力计算值折减一半，即安全系数取2；CD段桩后为被动土压力试算中暂不计算。木桩受力简图如图1c所示。按力矩平衡条件计算t1，一般再将t1值增大10～20%作为t0再计算木桩所受Mmax，以确定木桩直径、间距等。

基础开挖深度5.4m，=1．86g∕cm3=1．86×9.8KN∕m3=18.23KN∕m3，C=26.1KPa，φ=4．8°。

主动土压力系数:Ka=tg2（45°—φ/2）=0.85

被动土压力系数:Kp=tg2（45°＋φ/2）=1.18

软土开裂深度：Z0=2C/（）

=2×26.1×103/（18.23×103×）=3.11m

原木桩悬臂高度暂取：H=1m

1、木桩入土深度应满足：MEP1－MEa＞0

×（t12Kp×t1＋2Ct1×t1）－（H＋t1－Z0）×（H＋t1－Z0）[（H＋t1）Ka－2C]＞0

Kpt13－2Ka（H＋t1－Z0）2（H＋t1）＋6Ct1＋4C×（H＋t1－Z0）＞0············································

式中：Ka、Kp——主动、被动土压力系数

——土的重度

C——土的粘聚力

Z0——开裂深度（临界深度）Z0=2C/

H——悬臂高度

t1——初步计算入土深度，t=1.2t1

木桩打入深度t1，根据式，代入各参数计算，得：一元三次方程：

21.51t13－30.99×（1＋t1－3.11）2（1＋t1）＋156.6×1.09t1＋96.25×（1＋t1－3.11）2＞0

t13－13.77t12＋32.45t1－1.55＜0

多次试算解得：

t1=3m

t=1.2t1=3.6m

原木桩总长度：L=H＋t0=1＋3.6=4.6m

2、木桩的间距、直径根据木桩所承受的Mmax确定

设在开挖面以下e点处剪力Q=0，则该点弯矩最大由E点Eae=Epe

（H＋e－Z0）[（H＋e）Ka－2C]－×（e2Kp－2Ce）=0···········································

E点弯矩为E点以上主动土压力Eae的力矩与被动土压力Epe的力矩之差。

根据式，代入各参数计算，得：一元二次方程：

（1＋e－3.11）[18.23×（1＋e）×0.85－2×26.1×]－×（×18.23e2×1.18－2×26.1×e）=0

解得e=0.32m

ME=MEae－MEpe=（H＋e－Z0）2[（H＋e）Ka－2C]－×（e3Kp＋Ce2）········································

根据式，代入各参数计算，得：

ME=（1＋0.32－3.11）2[18.23×（1＋0.32）×0.85－2×26.1]－×（×18.23×0.323×1.18＋26.1×0.322）

ME=16.18KN·m

3、原木桩的抗弯能力为Mo

Mo=W·fm=π·fm

采用小头平均有效直径d=100㎜的马尾松，抗弯强度取fm=13N∕㎜2。

Mo=3.14/32×1003×13=1.28×106N.㎜=1.28KN.m

每米所需原木桩数量N为（安全系数取2）

N=2×ME/Mo=2×/1.28=（根），取1根。

五、施工程序和施工方法

放出开挖边线，按预定方向从一端向另一端层层顺序推进，不得先将局部某处全部开挖完，开挖时要严格控制标高并逐步引测。

采用人工搬运原木至施工点，定位、吊直、扶稳后用反铲挖掘机将木桩压入土中。桩间悬臂外侧采用50㎜×50㎜木枋、50木板或竹笆板钉起或用8#铅丝固定来挡土。

在基坑边坡表面覆盖防水彩条布，修整轴外侧围墙外人行道（尚未施工）自然地面成坡状，坡向路沿石，表面抹50㎜厚M5水泥砂浆，以避免雨水渗透、冲刷基坑边坡造成塌方，确保过往行人、车辆及基础施工安全。

地下室施工完后，宜尽早将木桩高度范围内基坑逐层回填。原木可用1～3t手拉葫芦和支架逐一扯出，以便重复使用。

六、结束语

深基坑土方分层开挖时，应制订科学合理的开挖顺序，使土方开挖与压木桩密切配合，边挖边压，并适时动态调整，避免出现因土方挖掘过快，反铲挖掘机无法进行压木桩工作（超出反铲挖掘机工作半径），被迫采用人工压木桩，导致施工安全、质量、进度、成本很难得到控制。钢管、其他各种型钢、木枋、木板、竹杆及专用于基坑支护，计算方法与本文类似。但是，从施工方便性、适应性、经济性方面看，均不如原木。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。