超深基坑吊脚桩局部稳定性分析

doi:10.11988/ckyyb.20240025

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (10): 133-139.DOI: 10.11988/ckyyb.20240025

超深基坑吊脚桩局部稳定性分析

孙昌利¹^,²(), 陈富强¹^,², 李支令³, 贾恺¹^,²()

¹ 广东省水利水电科学研究院, 广州 510635
² 广东省岩土工程技术研究中心, 广州 510635
³ 广东省水利电力勘测设计研究院有限公司, 广州 510635

收稿日期:2024-01-08 修回日期:2024-03-25 出版日期:2024-10-01 发布日期:2024-10-25
通讯作者: 贾恺(1985-),男,山西晋城人,高级工程师,博士,从事岩土工程方面的研究。E-mail: kai.jia@foxmail.com
作者简介:
孙昌利(1983-),男,江苏盐城人,高级工程师,硕士,从事基坑边坡、地下水渗流等研究工作。E-mail: 157996748@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(52078143)

Local Stability of End-suspended Piles in Ultra-deep Foundation Pits

SUN Chang-li¹^,²(), CHEN Fu-qiang¹^,², LI Zhi-ling³, JIA Kai¹^,²()

¹ Guangdong Institute of Water Resources and Hydropower Research, Guangzhou 510635, China
² Technical Research Center of Geotechnical Engineering of Guangdong Province,Guangzhou 510635, China
³ Guangdong Hydropower Planning & Design Insitute, Guangzhou 510635, China

Received:2024-01-08 Revised:2024-03-25 Published:2024-10-01 Online:2024-10-25

摘要/Abstract

摘要：

目前基坑设计中对于吊脚桩预留岩肩的宽度和支护桩的嵌固深度取值大多从对上部支护结构内力及变形的影响角度出发,往往忽略了支护结构底部附近的局部稳定性问题。依托珠江三角洲水资源配置工程超深竖井项目,提出了外倾结构面下或破碎岩体吊脚桩基坑可能存在的3种破坏模式,采用极限平衡法分别给出了不同破坏模式下稳定安全系数的计算方法。同时针对不同破坏模式下,影响稳定安全系数的参数如岩层的埋深、结构面的倾角和力学参数、岩肩宽度、岩肩深度等进行了分析,结果表明外倾结构面倾角、结构面或岩体的力学参数对稳定安全系数影响较大。研究成果可为类似工程提供参考。

关键词: 深基坑, 竖井, 吊脚桩, 结构面, 极限平衡法, 安全系数

Abstract:

At present, the reserved rock shoulder width of end-suspended piles and the embedded depth of support piles in foundation pits are mostly determined from the impact on internal forces and deformations of the upper support structure. This approach often overlooks the local stability issues near the bottom of the support structure. Based on the ultra-deep shaft project of the Pearl River Delta Water Resources Allocation Project, we identified three potential failure modes for end-suspended pile foundation pits with inclined structural planes or fractured rock masses. We employed the limit equilibrium method to calculate the stability safety factor and analyze the impact of various parameters on the safety factor under different failure modes, such as rock layer burial depth, mechanical properties of structural planes, rock shoulder width, and rock shoulder depth. Our findings reveal that the inclination angle of outward-dipping structural planes and the mechanical properties of structural planes or rock masses significantly affect the stability safety factor. This study offers valuable insights for similar projects.

Key words: deep foundation pit, vertical shaft, end-suspended pile, structural plane, limit equilibrium method, safety factor

中图分类号:

TU470地基和基础的理论和计算

孙昌利, 陈富强, 李支令, 贾恺. 超深基坑吊脚桩局部稳定性分析[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(10): 133-139.

SUN Chang-li, CHEN Fu-qiang, LI Zhi-ling, JIA Kai. Local Stability of End-suspended Piles in Ultra-deep Foundation Pits[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(10): 133-139.

图/表 15

图1 沿下卧基岩结构面滑动破坏示意图

Fig.1 Schematic diagram of sliding failure along the underlying bedrock structural plane

图2 沿桩(墙)底结构面滑动破坏示意图

Fig.2 Schematic diagram of sliding failure along the structural surface of the wall bottom

图3 沿桩(墙)底圆弧滑动面滑动破坏示意图

Fig.3 Schematic diagram of sliding failure along the arc sliding surface of the wall bottom

图4 典型竖井剖面

Fig.4 Profile of typical vertical shaft

表1 中风化岩体结构面力学参数

Table 1 Mechanical parameters of structural planes in moderately weathered rock masses

序号	岩体	天然重度/ (kN·m^-3)	黏聚力/ kPa	摩擦角 φ/(°)
1	泥岩	25.4	20	14
2	泥质粉砂岩	25.6	50	19
3	砂岩、砾岩	26.0	80	24
4	片麻岩、花岗岩	26.8	200	35

表2 吊脚桩局部稳定性计算结果

Table 2 Calculation results of local stability of end-suspended piles

序号	岩体	稳定安全系数
序号	岩体	沿下卧基岩滑动K₁	沿墙底结构面滑动K₂	沿墙底圆弧滑动K₃
1	泥岩	1.015	1.019	0.817
2	泥质粉砂岩	1.591	1.501	1.182
3	砂岩、砾岩	2.145	2.006	1.382
4	片麻岩、花岗岩	3.795	3.475	1.587

图5 支护结构水平位移与深度关系

Fig.5 Horizontal displacement of support structure versus depth

图6 支护结构竖向位移随时间的变化

Fig.6 Vertical displacement of support structure against time

图7 稳定安全系数与上部覆盖层厚度L1的关系

Fig.7 Relationship between stability factor of safety and upper overburden thickness L1

图8 稳定安全系数与结构面倾角β的关系

Fig.8 Relationship between stability factor of safety and structural plane inclination β

图9 稳定安全系数与结构面内摩擦角φ的关系

Fig.9 Relationship between stability factor of safety and internal friction angle φ of structural plane

图10 破坏模式2稳定安全系数与岩肩宽度b的关系

Fig.10 Relationship between stability factor of safety and rock shoulder width b of failure mode 2

图11 破坏模式2稳定安全系数与嵌固深度H的关系

Fig.11 Relationship between stability factor of safety and embedment depth H of failure mode 2

图12 破坏模式3稳定安全系数与岩肩宽度b的关系

Fig.12 Relationship between stability factor of safety and rock shoulder width b of failure mode 3

图13 破坏模式3稳定安全系数与嵌固深度H的关系

Fig.13 Relationship between stability factor of safety and embedment depth H of failure mode 3

[1]	王华俊, 马永政, 卿翠贵, 叶文亚, 李春光, 赵勇博. 在役边坡耐久性弱化及整体稳定性影响分析[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(6): 114-121.
[2]	宋琨, 仪政, 宋琪. 基于无人机3D点云的高陡斜坡岩体结构特征[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(5): 103-107.
[3]	薛霞, 汪万升, 李旺林, 王波雷, 卢岳. 利用简化曲线交会法初步确定HDPE土工膜厚度[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(4): 140-148.
[4]	王春景, 卜一鸣, 王金星, 梁斌. 动荷载对微型桩深基坑开挖稳定性的影响[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(9): 139-146.
[5]	张玉国, 王闯, 杨文兵, 赵亚敏. 考虑温度和井阻影响的竖井地基固结[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(6): 119-125.
[6]	艾纯明, 陆云, 孙萍萍. 天然岩体结构面产状的动态聚类分组分析[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(5): 106-110.
[7]	李永焕, 刘志贺, 饶勤波, 过锦, 胡海波, 刘秋媛, 杨萤. 考虑空间效应的基坑开挖对邻近管线的影响分析[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(5): 125-130.
[8]	方丹, 韩钢, 鄢江平, 邵兵, 张传庆, 周辉, 高阳. 卡拉水电站地下洞室群稳定性分析及洞室间距优化研究[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(11): 93-101.
[9]	刘向峰, 郝国亮, 于冰. 两种植物根分布特征及其对露天矿边坡表层的加固效果[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(9): 96-101.
[10]	谢万东, 林佑高, 王征亮. 英国标准和香港地区标准下的澳门深基坑工程实践[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(7): 126-130.
[11]	齐豫, 邓华锋, 李冠野, 熊雨, 李涛. 考虑层次结构的岩体结构面三维粗糙度表征方法[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(1): 134-138.
[12]	欧孝夺, 黄中正, 江杰, 罗方正, 梁亚华. 圆砾-泥岩组合地层坑中坑开挖对双排桩的影响[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(1): 78-85.
[13]	柳厚祥, 庞昌秀, 查焕奕, 朱性彬, 李涛. 偏压小间距隧道施工力学行为及围岩破坏规律[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(9): 113-120.
[14]	冯文凯, 曾唯恐, 程柯力, 易小宇, 焦隆新. 基于三维点云的结构面产状获取方法研究[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(9): 128-132.
[15]	陈冲, 张宜虎, 范雷, 庞正江. 高陡边坡灌浆岩体变形模量测试及评价[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(11): 108-114.

超深基坑吊脚桩局部稳定性分析

Local Stability of End-suspended Piles in Ultra-deep Foundation Pits

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 15

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价