環(huán)梁支撐體系在深基坑工程中的應(yīng)用

王曾輝

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建福州 350007)

0 引言

隨著城市用地的日益緊張，建筑物不斷向地下發(fā)展，現(xiàn)在，2層或3層的地下室在城市中已司空見慣。一般來說，2層地下室開挖深度在10 m左右，而3層地下室開挖深度將達(dá)到15 m，因此，對于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已成為眾多工程師和學(xué)者的研究重點(diǎn)［1］。

深基坑支護(hù)的目的是在保證土方側(cè)壁穩(wěn)定的情況下使地下室得以順利施工。對于城市中的基坑工程來說，由于周邊環(huán)境復(fù)雜，用地紅線局限，因此對土方側(cè)壁的安全和穩(wěn)定有著更高的要求，常用的基坑支護(hù)方法有樁+內(nèi)支撐的形式，但對于某些平面形狀不規(guī)則的基坑來說，怎樣合理地布置內(nèi)支撐才能使基坑支護(hù)安全經(jīng)濟(jì)且便于施工，成為一個(gè)亟待解決的課題。

針對這種情況，提出了鋼筋混凝土環(huán)梁+輻射桿件的支撐形式，這種支撐形式是將基坑側(cè)壁的土壓力通過輻射桿件傳遞到中部環(huán)梁上，讓環(huán)梁主要承受軸壓力，充分利用了環(huán)梁的受力特征，有以下優(yōu)點(diǎn):

1)在基坑中部形成大面積的施工空間，方便土方開挖。

2)支撐體系主要受力構(gòu)件為環(huán)梁，傳力明確，環(huán)梁主要承受軸壓力，充分發(fā)揮了混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性能好的優(yōu)點(diǎn)。

3)適用于形狀不規(guī)則的基坑平面，支撐布置靈活。

本文以一個(gè)具體的深基坑工程為例，探討該支護(hù)形式的實(shí)用性。

1 工程應(yīng)用分析

1.1 工程概況

該基坑位于福建福州地區(qū)，地處市中心。項(xiàng)目基坑平面如圖1所示?；又荛L約200 m，基坑挖深約為11.5 m。該項(xiàng)目基坑范圍內(nèi)影響土層主要為雜填土1.5 m～5 m，粘土0.8 m～3.5 m，淤泥3.4 m ～9.6 m，粉質(zhì)粘土2.5 m ～9.8 m，其下為殘積粘性土層，各土層參數(shù)如表1所示。

圖1 基坑總平面布置圖

表1 基坑支護(hù)范圍內(nèi)土體物理力學(xué)指標(biāo)

綜上所述，該基坑的特點(diǎn)為:

1)基坑平面形狀不規(guī)則，布撐難度大。

2)基坑開挖較深且分布有較厚的淤泥層，基坑側(cè)壁承受的土壓力較大。

3)基坑地處市中心，周邊存在既有建筑物及城市道路，要求基坑開挖對周邊環(huán)境的影響降至最低。

1.2 方案選擇

該基坑開挖較深且存在較厚軟土層，地處市中心，對基坑的安全性和穩(wěn)定性要求較高，因此建議采用鋼板樁+鋼內(nèi)支撐或鋼筋混凝土灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方案。

鋼板樁+鋼內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于施工速度快，工期短，工程造價(jià)較低;缺點(diǎn)在于基坑位移較大，且需要的鋼板樁長度較長，不易進(jìn)入標(biāo)貫較大的殘積粘性土層。

鋼筋混凝土灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于基坑的安全系數(shù)較高，基坑側(cè)壁位移較小;缺點(diǎn)在于施工工期長且工程造價(jià)較高。

綜合各方面因素考慮，最終采用鋼筋混凝土灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式，由于基坑平面形狀不規(guī)則，較難布置對撐，因此采用環(huán)梁+輻射桿件的支撐形式。

1.3 計(jì)算分析

該基坑支護(hù)剖面如圖2所示。

采用理正深基坑(F-SPW)軟件進(jìn)行計(jì)算，選取第二道支撐內(nèi)力如圖3，圖4所示。

分析計(jì)算結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:

1)第二道支撐內(nèi)力比第一道支撐內(nèi)力大得多。

2)輻射桿件所受軸力較小，環(huán)梁所受軸力較大，為主要的受力構(gòu)件，需要較大截面［3］。

3)在基坑的角部及構(gòu)件節(jié)點(diǎn)處，彎矩突然增大，對于這些部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施。

圖2 基坑支護(hù)剖面圖

圖3 第二道內(nèi)支撐軸力圖

圖4 第二道內(nèi)支撐彎矩圖

2 本基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)關(guān)鍵

1)基坑側(cè)壁土壓力絕大部分傳至環(huán)梁，因此必須保證環(huán)梁具有足夠的截面尺寸，且根據(jù)環(huán)梁所受彎矩的方向，環(huán)梁需設(shè)計(jì)成扁梁［4］。

2)在桿件節(jié)點(diǎn)處彎矩突然增大，尤其在基坑四周的角部，因此對于桿件節(jié)點(diǎn)處必須加強(qiáng)，采用的方法是對梁進(jìn)行加腋處理。

3)根據(jù)規(guī)范，立柱所受的軸力與支撐受力大小有關(guān)［2］，該基坑立柱所受軸力較大且高度較高，必須注意立柱的長細(xì)比控制，本工程采用槽鋼加綴條格構(gòu)式柱的形式。

4)第二道支撐支承在腰梁上，為保證上下兩道支撐軸線位于同一豎直面內(nèi)，第一道支撐與冠梁之間采用300 mm厚鋼筋混凝土板連接。

5)基坑開挖深度范圍內(nèi)存在較厚淤泥層，因此在支護(hù)樁之間施工高壓旋噴樁作為止泥帷幕，以防止淤泥流動造成的周邊地表沉降。

6)本基坑開挖及支護(hù)應(yīng)嚴(yán)格注意以下施工順序:待第一、二道鋼筋混凝土水平支撐體系施工并養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才可繼續(xù)向下開挖;地下二層底板及傳力帶施工完成后才可拆除第二道水平支撐，地下一層樓板及傳力帶施工完成后才可拆除第一道水平支撐。

3 結(jié)語

1)對于基坑平面形狀不規(guī)則，不易布置對撐的情況，采用環(huán)梁+輻射桿件是一個(gè)很好的選擇。

2)環(huán)梁支撐形式為基坑開挖提供了較大的工作面，提高了工程的施工進(jìn)度，具有極大地實(shí)用性。

3)環(huán)梁支撐的設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮環(huán)梁截面及桿件節(jié)點(diǎn)處的承載力是否滿足要求。

4)本基坑的設(shè)計(jì)計(jì)算以平面分析為主，在今后的工程實(shí)踐中可綜合考慮支撐體系的空間效應(yīng)，這樣可以在優(yōu)化桿件的同時(shí)，降低造價(jià)。

5)工程監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，相比于一般的支撐結(jié)構(gòu)，環(huán)梁支撐系統(tǒng)在支護(hù)樁頂部提供了更大的剛度，支護(hù)樁頂部的位移較小，這樣可以將對周邊環(huán)境的影響降至最低。

［1］李志明，熊 乾.軟土地區(qū)深基坑環(huán)梁支撐體系的應(yīng)用［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2000，12(12):62-63.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］曾律弦，潘 泓，肖四喜.深基坑環(huán)梁支護(hù)結(jié)構(gòu)的性狀分析［J］.四川建筑科學(xué)研究，2009，6(3):115-118.

［5］徐軍林.混凝土環(huán)梁支撐體系在地鐵深基坑中的設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.交通科技，2011，6(3):51-53.