某臨渠基坑支撐體系的設計計算分析

莊文澤

福建泉州勘測設計院有限公司，福建 泉州 362012

經濟與社會的快速發(fā)展使得各種建筑工程在我國各地大量涌現，使得基坑工程設計與施工技術水平不斷提升。在相關研究中，支撐結構體系的設計計算屬于受關注的焦點，為盡可能直觀地展示該設計計算要點，文章圍繞某臨渠基坑工程進行具體研究。

1 工程概況

為了提升研究的實踐價值，選取某臨渠基坑地作為研究對象。該工程的用地面積、總建筑面積分別為3038m2、9342m2，包括6層辦公中心1棟，單層變配電室1棟，2層單獨地下室、發(fā)電機房，為框架結構。計劃采用樁基礎，場地整平標高、基礎（承臺）預計埋深、承臺墊層底標高分別為6m、1～1.5m、-3.9m，基坑安全等級為一級，工程場地屬于沖海積平原地貌。場地地層自下而上分別為強風化粉砂巖、卵石、粉質黏土、雜填土。在基坑支護設計中，設計人員嚴格遵循了安全可靠、技術可行、經濟合理、方便施工原則，基坑支護結構設計計算結合周邊環(huán)境超載、施工荷載最不利荷載效應組合進行，以此完成支護結構體系的穩(wěn)定性、強度、變形驗算，支護結構的配筋及尺寸計算同時兼顧了強度和變形控制要求，位移測量誤差、結構變形、施工誤差帶來的影響也得到了考慮，為同時提高施工工效，設計盡可能選用較少的支護結構形式。

2 支撐結構體系的設計計算

2.1 第一層混凝土冠梁計算

第一層混凝土冠梁設計示意圖如圖1所示，設計采用構造配置，截面為1300mm×900mm，主筋為7Φ22mm。

圖1 第一層混凝土冠梁示意圖（單位：mm）

2.2 圍檁計算

針對圍檁設計，采用的鋼筋為HRB400，混凝土標號為C35，截面為800mm×900mm，計算單元力，每延米為365kN，計算間距為8.3m。通過開展最大內力設計值計算可以確定，支座、跨中、剪力對應的值分別如下。支座：M1=1.1×1.25×430×7.5×7.5÷12=2771.48kN·m；跨中：M2=1.1×1.25×430×7.5×7.5÷16=2078.61kN·m；剪力：V=1.1×1.25×430×7.5÷2=2217.19kN。選用的截面為 900mm×1400mm，混凝土標號為C35，鋼筋為HRB360。

基于支座主筋進行計算，可確定截面抵抗矩系數αs、混凝土構件的截面抵抗矩塑性影響系數γs分別為0.10、0.95，縱向鋼筋配筋面積As為5761.06mm2，選用12Φ25鋼筋；基于跨中主筋進行計算，可確定αs、γs分別為0.08、0.96，As為5005.71mm2，選用12Φ25鋼筋；基于箍筋進行計算，可確定設計滿足要求，實際配置箍筋5肢箍φ10@150[1]。

2.3 對撐計算

混凝土對撐設計截面為1000mm×900mm，鋼筋為HRB400，取14m為立柱間距。開展最大內力設計值計算，可初步得出其值為8997.62kN；基于溫度變化進行考量，其值取9897.38kN。進一步計算自重產生的彎矩、施工荷載產生的彎矩、施工安裝偏心產生的彎矩，分別為654.89kN·m、145.53kN·m、277.13kN·m，三者相加可求得總的支撐彎矩為1077.54kN·m?；谳S向壓力二階效應進行考量，彎矩設計值采用2015.15kN·m；進一步開展配筋計算，偏心距e0、軸向力初始偏心距ei、軸力作用點至受拉縱筋合力點的距離e、偏心距系數ζ分別為203.6mm、233.6mm、638.6mm、0.65，由此可確定As為3309.3mm2，選用6Φ25鋼筋[2]。

2.4 棧橋計算

取1.2作為棧橋梁、板自重分項系數，取1.4為運輸車輛、挖機等荷載的分項系數，擬定棧橋板截面分別為1m×0.9m、300mm，存在5.15m×4.3m的棧橋最大間距。基于履帶式抓鏟挖機進行設計，型號選擇QUY-50，挖土機自重、抓斗重、接地長度、土方自重分別為56t、2.2t、4.66m、4t，因此挖土機荷載為622kN。進一步分析土方運輸車輛荷載，基于斯塔爾自卸車進行設計，可確定其滿載時前輪、后輪分別為10t、30t，存在4.5m的前后輪距，因此前輪荷載、后輪荷載分別為100kN、300kN。結合四種荷載布置工況開展分析，包括滿載的運土車處于跨中、全部集中荷載由單側履帶承受、三角形分布荷載由單側履帶承受、全部荷載由單側履帶承受?；诰唧w計算，需保證局部堆土、運土卡車、挖土機均不超過標準值，即30kN/m2，因此按照最不利布置開展的施工棧橋荷載梁、板、柱設計計算以35kN/m2為活荷載標準值，棧橋梁計算簡圖如圖2所示。

圖2 棧橋梁計算簡圖（單位：mm）

具體計算中活載準永久值系數、梁容重、恒載分項系數、活載調整系數、活載分項系數分別取0.5、25kN/m3、1、1.4、1.2，混凝土等級、縱筋級別、箍筋級別分別為C30、HRB400、HPB300，配筋調整系數、面積歸并率、上/下部縱筋保護層厚、最大裂縫限值、撓度控制系數分別為1、30%、35mm、0.4mm、200，抗震等級為不設防，采用單筋作為截面配筋方式。通過計算可以求得，跨長5150mm的棧橋梁最大裂縫、最大撓度分別為0.07mm、0.711mm，分別小于標準值0.4mm、25.75mm，可確定本跨計算通過。

2.5 立柱計算

立柱的自重、活載標準值分別為553.75kN、553.75kN，支撐軸力附加荷載標準值、立柱荷載標準值分別為302.95kN、856.70kN。開展樁長計算，其中ZK3立柱坑底的淤泥夾砂、卵石厚度分別為12.5m、9m，之下為微風化花崗巖，采用灌注樁（Φ1000）作為立柱樁下部，基坑開挖面下樁采用C30混凝土，長18.5m，同時采用HRB400材質的16Φ20構造配筋，通過計算可確定未考慮樁徑影響下的樁基承載力為856.7kN。進一步開展四肢格構柱計算，軸力設計值、彎矩設計值分別為1300kN、60kN·m，計算長度、截面寬×高分別為7.5m、500mm×500mm，單肢選用L140×14角鋼，重心距、慣性矩、截面積分別為3.98cm、688.8cm4、37.57cm2，組合構件截面積、回轉半徑、慣性矩、截面模量分別為 150.28cm2、21.45cm、69154.975312cm4、3289.96cm3。開展穩(wěn)定性驗算，可確定平面內長細比、換算長細比、分肢長細比分別為34.96、37.67、14.01，滿足要求。

2.6 棧橋立柱計算

開展立柱樁下部鉆孔灌注樁承載力驗算，可得到結果為1009.9kN，計算按照1100kN進行。選擇鉆孔ZK11，坑底以下淤泥夾砂、卵石厚度分別為16.1m、7.2m，下部為微風化花崗巖，采用灌注樁（Φ1000）作為立柱樁下部，基坑開挖面下樁采用C30混凝土，長23m，同時采用HRB400材質的16Φ22構造配筋，通過計算可確定未考慮樁徑影響下的樁基承載力為1397.3kN，大于標準值[3]。進一步開展四肢格構柱計算，軸力設計值、彎矩設計值分別為1650kN、60kN·m，計算長度、截面寬×高分別為7.5m、500mm×500mm，單肢選用L160×14角鋼，重心矩、慣性矩、截面積分別為4.47cm、77192.49188cm4、43.3cm2，組合構件截面積、回轉半徑、慣性距、截面模量分別為173.20cm2、21.11cm、77192.49188cm4、3759.98cm3。開展穩(wěn)定性驗算，可確定平面內長細比、換算長細比、分肢長細比分別為35.53、37.56、12.20，滿足要求。

3 結束語

該臨渠基坑地支撐結構體系的設計計算具備較高的借鑒價值。在此基礎上，文章涉及的第一層混凝土冠梁計算、圍檁計算、對撐計算、棧橋計算、立柱計算、棧橋立柱計算等內容，則直觀展示了案例工程的支撐結構體系的設計計算要點。為更好地開展相關計算，受力變形規(guī)律研究、逐級加載對基坑變形的影響、新型支撐結構體系應用同樣需要得到重視。