開口內(nèi)支撐體系在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

鐘士國

開口內(nèi)支撐體系在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

鐘士國

城市建設(shè)和地下空間開發(fā)促使深基坑工程的規(guī)模和深度不斷加大，在建筑物密集區(qū)的深基坑工程也越來越多，深基坑周圍建筑物密集、管線道路錯(cuò)綜復(fù)雜、施工場地狹窄是處在城市建筑密集區(qū)深基坑工程的顯著特點(diǎn)。既能保證深基坑開挖施工過程中的安全穩(wěn)定性，又能取得較好經(jīng)濟(jì)效益的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，一直都是基坑工程研究的追求目標(biāo)。排樁內(nèi)支撐支護(hù)體系能夠很好地解決條件復(fù)雜情況下的基坑支護(hù)問題。本文提供一個(gè)矩形基坑三面需采用內(nèi)支撐支護(hù)，另外一側(cè)不進(jìn)行支護(hù)的工程實(shí)例，為開口內(nèi)支撐問題的解決提供范例。

一、工程條件

1.工程概況

擬建建筑為地下3～4層車庫，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；基坑平面大致呈矩形，東西邊軸線間距131m，南北邊軸線間距69.25m，開挖深度為自然地面下15.5m/18.95m；

2.場地工程地質(zhì)條件

土層主要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及地下水情況（據(jù)勘察報(bào)告）

平均厚度（1） 雜填土 15.0 7.0 10.0 1.01m（2） 粉土 18.4 16.0 18.0 100 1.41m（3） 粉質(zhì)粘土 19.0 20.0 13.0 85 1.88m（4） 粉土 19.2 18.0 18.0 100 1.61m（5） 粉質(zhì)粘土 18.9 22.0 15.0 90 1.81m（6） 粉土 19.1 16.0 20.0 140 3.14m（7） 粉質(zhì)粘土 18.3 25.0 12.0 100 2.12m（8） 粉土 19.1 18.0 23.0 105 1.36m（9） 有機(jī)質(zhì)粉粘 18.5 18.0 10.0 100 2.19m（10） 細(xì)砂 20.0 3.0 26.0 170 4.30m（11） 細(xì)砂 20.0 0 28.0 230 7.29m層號(hào) 土名 γ（kN/m） c（kPa）φ（度）fak（kPa）

3.地下水情況

場地內(nèi)的地下水為潛水，地下水埋深在地面下約3.8m，基坑開挖需進(jìn)行基坑降水。

4.場地周邊環(huán)境情況

位置 相鄰建筑物 距基坑最近距離 備注東側(cè) 動(dòng)物園一層建筑 2.0m 天然地基條形基礎(chǔ)南側(cè) 營業(yè)商廈 0.0m 目前正在營業(yè)西側(cè) 花園路 2.0m路邊距規(guī)劃地鐵站4米，另有管線分布。北側(cè) 動(dòng)物園三層建筑 0.0m

基坑周邊環(huán)境情況及平面布置如圖1

圖1 基坑支護(hù)平面圖

二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

1.基坑支護(hù)方案

基坑深度東西兩側(cè)略有不同，東側(cè)開挖深度為18.95米，西側(cè)深度為15.0米，場地南側(cè)為本公司已建成的商場，該商場地下2層，基礎(chǔ)埋深10.3米，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，目前正在營業(yè)。

基坑支護(hù)的難點(diǎn)：本項(xiàng)目基坑支護(hù)的難點(diǎn)在于①場地地層較軟，上部為新近沉積土，地層承載力較低；②場地地下水位較高，地下水位埋深僅3.8米，地下水對(duì)基坑開挖影響大；③周邊建筑復(fù)雜，場地西側(cè)距離即將開工的地鐵站約4米，南側(cè)西部距離正在營業(yè)的商場0.0米，南側(cè)東部距離19層高層住宅7米，東側(cè)雖為空地，計(jì)劃在護(hù)坡樁完成后建設(shè)二層食堂，北側(cè)為動(dòng)物園綠地及附屬用房，基坑周圍沒有放坡空間；④基坑挖土、運(yùn)土困難，兩側(cè)深度不一；⑤ 經(jīng)南側(cè)商場主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位驗(yàn)算基坑南側(cè)商場地下室外墻不能承受支撐結(jié)構(gòu)傳遞來的土壓力，綜合考慮以上因素，同時(shí)也為了方便土方開挖和運(yùn)輸，基坑西半部采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，東半部采用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。

2.基坑支護(hù)參數(shù)

基坑西半部北坡、西坡采用φ1000鉆孔灌注樁擋土，布置4～5排錨桿，西部南坡緊鄰商場地下室，開挖后土體直立高度較?。s為4.7米），采用φ800鉆孔灌注樁加錨桿進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)剖面如圖2所示。

圖2 基坑西側(cè)樁錨支護(hù)剖面圖

基坑?xùn)|部采用內(nèi)支撐體系，采用直徑為φ1000鉆孔灌注樁擋土，布置3排混凝土結(jié)構(gòu)水平支撐，一道支撐范圍略小，基坑二道支撐平面布置見圖3，三道支撐平面布置與二道支撐基本相同，支護(hù)結(jié)構(gòu)圍檁尺寸為（1200mm×1000mm），主梁尺寸為（1200mm×800mm和800mm×800mm），次梁尺寸為（600mm×600mm）。

圖3 基坑二道支撐布置圖

三、設(shè)計(jì)計(jì)算

樁錨支護(hù)采用理正深基坑支護(hù)軟件進(jìn)行驗(yàn)算，錨桿、樁體和土體計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)土壓力分布計(jì)算采用理正深基坑支護(hù)軟件，采用midas building 2011（Release No.1）建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)開口支撐軸力、彎矩、剪力和變形進(jìn)行計(jì)算，列舉二層支撐結(jié)構(gòu)彎矩見圖4，三層支撐變形計(jì)算成果見圖5：

圖4 二道支撐結(jié)構(gòu)彎矩計(jì)算成果圖（單位kN.m）

圖5 三道支撐結(jié)構(gòu)變形計(jì)算成果圖（單位mm）

四、支護(hù)設(shè)計(jì)和施工中疑難問題的解決

1.開口支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力的平衡問題

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，基坑?xùn)|側(cè)主動(dòng)土壓力約為1286kN/ m，基坑?xùn)|側(cè)總長度為72米，支撐結(jié)構(gòu)所受到的不平衡主動(dòng)土壓力為92592kN，該力需通過圈梁，圍檁傳遞到基坑南北兩側(cè)的坑壁上，通過摩阻力進(jìn)行平衡，為了保證圍檁和圈梁的傳力效果，南北兩側(cè)圍檁和圈梁力求保持垂直，延長圍檁和圈梁超出支撐部分至基坑西側(cè)樁錨支護(hù)區(qū)域，并且把錨桿布置在圍檁上用來增加圍檁所受的正壓力，以達(dá)到增大摩擦力的效果。根據(jù)估算結(jié)果，當(dāng)樁體與土體的摩擦系數(shù)達(dá)到0.143時(shí)，摩擦力可以平衡其主動(dòng)土壓力。考慮到不平衡力需通過圍檁和圈梁傳遞到基坑側(cè)壁上，對(duì)圍檁截面尺寸進(jìn)行驗(yàn)算，南北兩側(cè)傳力圍檁和圈梁共有6個(gè)，寬度為1200mm，計(jì)算其高度為780mm可滿足要求，滿足抗彎計(jì)算設(shè)置圍檁高度為900mm和1000mm。

2.基坑西側(cè)錨桿鋼絞線的回收問題

基坑西側(cè)緊鄰地鐵站，本工程基坑施工遺留鋼絞線在土層中會(huì)影響地鐵站護(hù)坡樁及止水帷幕的施工，一次必須進(jìn)行回收。根據(jù)調(diào)查了解，采用可回收錨桿技術(shù)，預(yù)應(yīng)力錨桿鋼絞線可輕松回收，采用人力可將鋼絞線拉出。

3.高壓旋噴樁墻上鉆孔灌注樁施工問題

基坑南側(cè)有商場基坑支護(hù)遺留下的高壓旋噴樁擋土墻，地下車庫支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土灌注樁剛好位于旋噴樁墻上，如何在旋噴樁上進(jìn)行灌注樁成孔施工是工程面臨的一個(gè)難題?？紤]到基坑南側(cè)緊鄰商場，大型機(jī)械很難靠近，小型鉆機(jī)無法破碎堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)完成成孔，首先對(duì)南側(cè)商場底板以上10.3米深度的土層進(jìn)行開挖，其下剩余高壓旋噴樁的高度約有8.0米，采用風(fēng)鎬人工開挖的方法能很好地解決鉆進(jìn)難題，原支護(hù)結(jié)構(gòu)遺留的旋噴樁在挖樁期間可起到擋土和護(hù)壁的作用，經(jīng)試開挖效果很好，所以在南側(cè)受影響的30根樁中推廣使用，方便快捷。

4.施工及監(jiān)測

截止到2012年底，基坑已開挖到底并完成最下層地下室施工，基坑坡頂最大位移約20mm，符合現(xiàn)行規(guī)范要求；南側(cè)相鄰建筑沉降小于10mm，安全穩(wěn)定，西側(cè)地面沉降約為18mm；東側(cè)坑邊沉降約為30mm，北側(cè)坑邊沉降約為35mm，東側(cè)、北側(cè)沉降略大于規(guī)范規(guī)定，究其原因，主要是受場地施工空間狹小的制約止水帷幕設(shè)置不完整，基坑北側(cè)留有缺口，周邊雨污水管道存在滲漏，雖經(jīng)多次維修仍有土體流失，引起坑邊土體緩慢沉降。

5.幾點(diǎn)體會(huì)：

a、由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐體系整體較好，開口支撐體系內(nèi)力比較復(fù)雜，開口支撐通常情況下宜選擇混凝土結(jié)構(gòu)體系。

b、開口支撐體系存在不受主動(dòng)土壓力的開口，支撐體系受到的主動(dòng)土壓力不平衡，在充分利用支撐體系剛度的情況下，支撐體系的內(nèi)力可以通過相鄰側(cè)壁的摩擦力來平衡。

c、在考慮坑壁摩擦力仍不能平衡主動(dòng)土壓力的情況下，可在圍檁上布置錨桿來增加基坑側(cè)壁的摩阻力。本工程為了保證二、三道圍檁與樁體連接成一個(gè)整體，設(shè)計(jì)要求對(duì)圍檁高度處的護(hù)坡樁間土進(jìn)行切削，使護(hù)坡樁一側(cè)鑲嵌在圍檁外側(cè)鋸齒狀混凝土結(jié)構(gòu)中，以增加二者的整體性。

d、對(duì)于深度較大的基坑工程，止水帷幕不僅可以切斷基坑內(nèi)外地下水的水力聯(lián)系，對(duì)于防止地下管網(wǎng)漏水和地表水體滲漏沖刷基坑也具有很好的防護(hù)作用。

（作者單位：河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司）