某基坑工程支護(hù)方案的對(duì)比和探討

宋 杰

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030024)

隨著高層建筑的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的復(fù)雜的深基坑工程，采用何種支護(hù)方案，除跟基坑深度有關(guān)，更重要的是根據(jù)地層土質(zhì)的好壞采用不同的支護(hù)方案［1］?；又ёo(hù)體系由兩部分組成:1)圍護(hù)樁墻;2)內(nèi)支撐或者土層錨桿，它們與支護(hù)樁墻一起，增強(qiáng)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性［2］。本文以一工程實(shí)例來(lái)對(duì)比和探討兩種方案的優(yōu)劣，為今后的基坑設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 地理位置

太原市某住宅小區(qū)位于長(zhǎng)治路東，王村南街南?；拥拿娣e為15 585.5 m2，周長(zhǎng)為605.5 m。場(chǎng)區(qū)的 ±0.000 為 783.9 m，自然地面相對(duì)標(biāo)高為－2.660(781.24)，基坑的開(kāi)挖深度有三種，分別為14.5 m，15.66 m，16.0 m。一期工程為 C 座樓，二期工程為A，B座樓。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

場(chǎng)地地形基本平坦。擬建場(chǎng)地地貌單元屬汾東岸Ⅰ級(jí)階地。

2.2 地層時(shí)代及成因類型

根據(jù)本次勘察揭露地層資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料綜合分析，本次勘察深度范圍內(nèi)地基土沉積時(shí)代成因類型自上而下依次為:第四系全新統(tǒng)人工堆積層，第四系全新統(tǒng)沖洪積層，第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，第四系晚更新統(tǒng)沖洪積層，本次勘察未揭穿該層。組成巖性主要為人工填土、粉土、粉質(zhì)粘土、砂類土。

2.3 地基土構(gòu)成及巖性特征

根據(jù)野外鉆探，原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，本次勘探深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地基土自上而下依巖性將其劃分為12層，如表1所示。

2.4 場(chǎng)地地下水

表1 各層地基土厚度、層底埋深、層底標(biāo)高統(tǒng)計(jì)結(jié)果

勘察期間水位埋深在現(xiàn)地面下6.60 m～7.50 m之間，勘察期間為豐水期。地下水位年變幅為1.0 m左右。

3 兩種方案的計(jì)算和對(duì)比

本論文采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算和分析。由于本工程各地層情況變化不大，土層較均勻，故選取二期工程中A座樓的基坑支護(hù)的北面進(jìn)行模擬比較說(shuō)明?；颖泵娴闹苓吳闆r為:距離A座樓地下室外邊線14 m處有一棟4層的住宅樓，磚混結(jié)構(gòu)。基坑的開(kāi)挖深度為14.5 m，安全等級(jí)為一級(jí)。

3.1 工程材料

混凝土:冠梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，灌注樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，連續(xù)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35。灌漿材料:水泥使用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥凈漿;水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的有害物質(zhì)，不得使用污水;水灰比為 0.4 ～0.5［3］。鋼筋:采用HPB300級(jí)，HRB335級(jí)，HRB400級(jí)鋼筋。

3.2 地下連續(xù)墻加錨索支護(hù)形式

基坑的開(kāi)挖深度為14.5 m，連續(xù)墻的嵌固深度為12.0 m，墻頂?shù)南鄬?duì)標(biāo)高為－0.8 m，墻厚為0.8 m，采用C30混凝土。墻頂留有一個(gè)高0.8 m、寬度為1.0 m的平臺(tái)?；又ёo(hù)加兩道錨索，第一道離自然地面5.0 m，第二道離自然地面10.0 m。錨索的詳細(xì)信息見(jiàn)表2。

表2 錨索參數(shù)表(一)

計(jì)算采用瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)為總應(yīng)力法。條分法中土條寬度為0.40 m。

根據(jù)理正軟件的計(jì)算得出滑裂面數(shù)據(jù)如下:

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.136;圓弧半徑R=25.433 m;

圓心坐標(biāo)X= －3.591 m;圓心坐標(biāo)Y=13.051 m。

抗傾覆安全系數(shù)［4］:

其中，Mp為被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定，對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Ma為主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

最小安全Ks=1.615≥1.200，滿足規(guī)范要求。

工程開(kāi)挖到基坑底部時(shí)，地下連續(xù)墻所受的土壓力，位移，彎矩，剪力如圖1所示。

圖1 土壓力，位移，彎矩及剪力圖（一）

3.3 灌注樁加錨索支護(hù)

基坑的開(kāi)挖深度為14.5 m，灌注樁的嵌固深度為13.0 m，樁頂標(biāo)高為－1.5 m，采用C30混凝土，灌注樁的截面為圓形，直徑為0.9 m，樁間距為1.2 m。有冠梁，冠梁的寬度為1.0 m，高度為0.8 m?；娱_(kāi)挖的頂端有一寬為0.85 m、坡高為1.5 m的平臺(tái)。基坑內(nèi)側(cè)的降水的最終深度為17.0 m，外側(cè)的水位深度為3.0 m?；又ёo(hù)加兩道錨索，第一道離自然地面5.5 m，第二道離自然地面11.5 m。錨索的詳細(xì)信息見(jiàn)表3。

表3 錨索參數(shù)表(二)

計(jì)算方法為瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)為總應(yīng)力法，條分法中的土條寬度為0.40 m。

滑裂面數(shù)據(jù):

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.984;圓弧半徑R=33.236 m;

圓心坐標(biāo)X= －9.220 m;圓心坐標(biāo)Y=11.725 m。

抗傾覆安全系數(shù):

最小安全Ks=1.489≥1.200，滿足規(guī)范要求。

工程開(kāi)挖到基坑底部時(shí)，灌注樁所受的土壓力，位移，彎矩，剪力如圖2所示。

圖2 土壓力，位移，彎矩及剪力圖（二）

4 結(jié)語(yǔ)

1)經(jīng)過(guò)分析可知這兩種方案都能很好的控制基坑變形，都是合理的。

2)工程中采用的混凝土、鋼筋工程材料，這兩種配筋形式表現(xiàn)出很好的整體性、強(qiáng)度高，在實(shí)際工程中有借鑒性。

3)方案一的支護(hù)結(jié)構(gòu)，可在狹窄場(chǎng)地條件下施工，對(duì)周?chē)ㄖ鼗鶡o(wú)擾動(dòng)，振動(dòng)小，噪聲低，施工安全，最適于開(kāi)挖較大、較深地下水位較高的大型基坑，但其施工機(jī)具較為復(fù)雜，一次性投資較高;方案二的支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有剛度較大，抗彎強(qiáng)度高，變形相對(duì)較小，安全性好，設(shè)備簡(jiǎn)單，施工方便，需要工作場(chǎng)地不大，噪聲低，振動(dòng)小，費(fèi)用較低的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際工程中可權(quán)衡考慮，控制造價(jià)，采用合適的方案。

4)從土壓力方面來(lái)看，方案二所受的土壓力較大;從位移、彎矩、剪力方面來(lái)看，方案二的位移變化范圍較小，地下連續(xù)墻加錨索的方案表現(xiàn)出優(yōu)越性。

5)通過(guò)兩種支護(hù)方案在基坑工程中成功的模擬，對(duì)今后在太原這種黃土地區(qū)的深基坑設(shè)計(jì)提供了兩種有效的支護(hù)形式。

［1］徐志鈞.深基坑支護(hù)新技術(shù)精選集［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］郭院成.基坑支護(hù)［M］.鄭州：黃河水利出版社，2012.

［3］注冊(cè)巖土工程師必備規(guī)范匯編［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

［4］北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院有限公司.理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件(使用說(shuō)明編制原理)［Z］.2011.