硬塑狀黏土層首道砼支撐對深基坑開挖變形及穩(wěn)定性的影響

張 學(xué)

（中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

深基坑工程支護(hù)體系第一道支撐往往采用砼支撐，主要考慮砼支撐具有剛度大、整體變形小、既能受壓、又能受拉、亦經(jīng)得起施工設(shè)備的撞擊等優(yōu)點(diǎn)，有利于基坑的穩(wěn)定性。但深基坑的支護(hù)體系往往是臨時構(gòu)件，結(jié)構(gòu)施工期間支撐需要拆除，因此砼支撐無法重復(fù)使用、拆除工作量大、造假高等缺點(diǎn)也相對較為明顯，另外對于工期較緊的工程，砼支撐的混凝土等強(qiáng)時間也嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。

部分深基坑工程開挖面位于硬塑狀土層，土體液性指數(shù)低，抗剪強(qiáng)度高，基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制及整體穩(wěn)定性較好，可考慮優(yōu)化首道砼支撐。文章通過某快速路下穿合肥市郎溪立交橋深基坑工程實(shí)例，對首道砼支撐進(jìn)行優(yōu)化，既節(jié)省了工程造價，又縮短了工期。

1 工程概況

合肥市某工程深基坑（圖1）工程長272 m，寬30 m，基坑為漸變段，最大深度7.1 m，最小深度2.5 m。初步設(shè)計方案圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑1 m咬合樁，咬合長度0.2 m，其中A樁采用C30鋼筋砼灌注樁，B樁采用C25鋼筋砼灌注樁，支撐體系采用一道砼支撐。

圖1 基坑位置圖

基坑所處地層上部為2 m厚雜填土，局部存在③層可塑狀粉質(zhì)黏土，層厚不超過0.5 m，其余均處于⑤層硬塑狀粘土層。

由于⑤層粘土層為硬塑狀，土層物理力學(xué)性質(zhì)較好，且工期較緊，取消首到砼支撐可縮短工期一個月以上，因此設(shè)計方案進(jìn)行變更，在原有圍護(hù)結(jié)構(gòu)不變的條件下取消收到砼支撐（圖2）。

圖2 基坑圍護(hù)大樣圖

2 設(shè)計方案對比

根據(jù)龔曉南對基坑變形總結(jié)，原設(shè)計方案的基坑變形預(yù)測為弓式（圖3）：上下端變形較小，中上部位置呈內(nèi)凸?fàn)?；?yōu)化后設(shè)計方案的基坑變形預(yù)測為前傾式：墻頂位移較大，隨后變形逐漸減小，整體呈倒三角形。

圖3 基坑變形預(yù)測

為達(dá)到基坑開挖穩(wěn)定性及變形控制要求，對基坑最不利斷面初步設(shè)計方案及優(yōu)化后方案進(jìn)行理論計算對比?！督ㄖ又ёo(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）對一級基坑的要求如下：整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks＞1.35，抗傾覆(對支護(hù)底取矩)穩(wěn)定性驗(yàn)算Kov＞1.250；支護(hù)底部，驗(yàn)算抗隆起Ks＞2.200。

可塑狀粉質(zhì)黏土土層參數(shù)取值如表1所示：

表1 粉質(zhì)黏土土層參數(shù)表

基坑周邊荷載考慮為20 kPa，距基坑2 m，距離寬度為20 m。

整體穩(wěn)定計算方法采用瑞典條分法。

抗傾覆(對支護(hù)底取矩)穩(wěn)定性驗(yàn)算采用被動土壓力及支點(diǎn)力對樁底的抗傾覆彎矩與主動土壓力對樁底的傾覆彎矩比值確定：

抗隆起驗(yàn)算，從支護(hù)底部開始，逐層驗(yàn)算抗隆起穩(wěn)定性：

最終計算結(jié)果如表2所示。

表2 驗(yàn)算結(jié)果對比表

圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形計算結(jié)果如圖4所示。計算結(jié)果顯示，優(yōu)化后的設(shè)計方案整體穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定、抗隆起穩(wěn)定性相差不大，且均能滿足規(guī)范要求。優(yōu)化后的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上部無砼支撐支護(hù)，圍護(hù)樁形成懸臂結(jié)構(gòu)，頂部出現(xiàn)一定位移，但整體變形為5.73 mm，地表沉降8 mm，遠(yuǎn)小于《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50497-2019）所規(guī)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移40 mm、地表沉降45 mm的變形控制要求。因此優(yōu)化設(shè)計方案可行。

圖4 基坑變形計算結(jié)果

3 結(jié)論

經(jīng)設(shè)計驗(yàn)算通過后，本工程按優(yōu)化后的設(shè)計方案實(shí)施，施工期間未出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形速率超控制值或滑坡等風(fēng)?；幼罱K變形為6.3 mm，整體工期較計劃工期縮短了72 d，且大大減少了施工費(fèi)用。

設(shè)計應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的支護(hù)體系，在地質(zhì)條件較好、土體強(qiáng)度高的區(qū)域開展深基坑工程首道砼支撐無法重復(fù)發(fā)揮作用，在經(jīng)過設(shè)計論證后可取消。