鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響研究

張熙鵬

(中鐵十八局市政工程有限公司，天津 300300)

1 工程概況

潘墩站位于福州市倉(cāng)山區(qū)林浦路，線路沿林浦路南北向路中布置，車站北側(cè)地塊為閩江世紀(jì)城的世紀(jì)金源購(gòu)物中心、永輝超市及其配套商業(yè)區(qū)，西側(cè)地塊有零星建筑，地塊規(guī)劃為紅星美凱龍世博家居廣場(chǎng)，南側(cè)地塊現(xiàn)有豐田4S店，東側(cè)地塊為在建印象外灘商業(yè)住宅。

地鐵深基坑深度16.3m，采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)型式，安全等級(jí)為一級(jí)[1-2]。采用φ800@1300mm的鉆孔灌注樁，嵌固深度9m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，支撐體系第一道采用800mm×1000mm混凝土支撐，第二、三道支撐采用16mmφ800鋼管撐(見(jiàn)圖1)。

圖1 基坑圍護(hù)剖面

2 工程地質(zhì)條件

土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

3 計(jì)算分析

運(yùn)用控制變量法，取200MN/m2、300MN/m2、400MN/m2、500MN/m2和600MN/m2五種鋼支撐支錨剛度。運(yùn)用理正深基坑軟件進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)其結(jié)果來(lái)探究鋼支撐支錨剛度對(duì)圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的影響[3]。

3.1 不同支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移的影響

總結(jié)提取不同鋼支撐支錨剛度時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移數(shù)值，形成圖表研究不同嵌固深度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移的影響(見(jiàn)圖2)。

圖2 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2逐級(jí)增大到600MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移由14.1 mm逐漸減小到11.5 mm。說(shuō)明隨著支錨剛度的增大，鋼支撐自身截面加強(qiáng)，在基坑施工的過(guò)程中自身有較強(qiáng)抵抗外界抗力的能力，能較好地控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。

3.2 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

3.2.1 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩的影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到300 MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩由790.5kN·m減小到726.4kN·m；而后隨著鋼支撐支錨剛度增大到400MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩增大到750.4 kN·m；最后隨著鋼支撐支錨剛度增大到600MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩減小到726.4kN·m。說(shuō)明隨著支錨剛度的增大，鋼支撐自身截面加強(qiáng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩在支錨剛度為300MN/m2出現(xiàn)拐點(diǎn)，整體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。圖3為鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩的影響。

圖3 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩影響

3.2.2 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大彎矩的影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到600 MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大彎矩由486kN·m增加到635.8kN·m。說(shuō)明隨著支錨剛度的增大，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大彎矩整體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)[4]。圖4為不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大彎矩的影響。

圖4 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大彎矩影響

3.2.3 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力的影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到300 MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)的背土側(cè)最大剪力由419.8kN降到384.6kN，減小了35.2kN，減小比例為8.4%；而后隨著鋼支撐支錨剛度增大到400MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力增加到406.4kN；最后隨著鋼支撐支錨剛度增大到600MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力減小到403.5kN。支錨剛度從400MN/m2增加到600MN/m2時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力值略有減小，但差距不大。說(shuō)明鋼支撐支錨剛度增長(zhǎng)到某一限值時(shí)，如再增加，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力影響不大[5]。圖5為不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力的影響。

圖5 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力影響

3.2.4 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大剪力的影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到300MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)的迎土側(cè)最大剪力由518 kN降到493.7 kN，減小了24.3 kN，減小比例為4.7%；而后隨著鋼支撐支錨剛度增大到600MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大剪力增加到564 kN。說(shuō)明隨著鋼支撐支錨剛度的逐級(jí)增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大彎矩呈現(xiàn)先減小而后繼續(xù)增大的趨勢(shì)，當(dāng)支錨剛度為300MN/m2時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大剪力值最小為493.7kN。圖6為不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大剪力的影響。

圖6 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大剪力影響

3.3 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降的影響

3.3.1 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降最大值的影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到600MN/m2，基坑周邊地表沉降最大值由14.8mm降到12.2mm，減小了2.6mm，減小比例為17.6%。說(shuō)明基坑周邊地表沉降對(duì)鋼支撐的支錨剛度變化較為敏感[6]。隨著鋼支撐支錨剛度的逐級(jí)增加，基坑周邊地表沉降最大值逐級(jí)減小[7]；增加鋼支撐的支錨剛度能較好地控制基坑周邊地表沉降。圖7為不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降最大值的影響。

圖7 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降最大值影響

3.3.2 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降最大值發(fā)生位置的影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到300MN/m2，基坑周邊地表沉降最大值發(fā)生位置從距離基坑邊12.2m減小到12.0m；而后隨著鋼支撐支錨剛度逐級(jí)增加到600MN/m2時(shí)，基坑周邊地表沉降最大值發(fā)生位置逐漸遠(yuǎn)離基坑邊，距離為12.2m，且鋼支撐支錨剛度從400MN/m2增大到600MN/m2時(shí)，基坑周邊地表沉降最大值發(fā)生位置穩(wěn)定在距離基坑邊12.2m處。圖8為不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降最大值發(fā)生位置的影響。

圖8 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降最大值發(fā)生位置影響

3.3.3 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降范圍的影響

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到300MN/m2，基坑周邊地表沉降范圍迅速降低；而后隨著鋼支撐支錨剛度逐級(jí)增加到600MN/m2時(shí)，基坑周邊地表沉降范圍逐漸急速增加，并趨于收斂。說(shuō)明鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降范圍的影響較大，當(dāng)支錨剛度為300MN/m2時(shí)，對(duì)基坑周邊地表沉降范圍影響最小[8]，影響半徑為24.0m。圖9為不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降范圍的影響。

圖9 不同鋼支撐支錨剛度對(duì)基坑周邊地表沉降范圍影響

4 結(jié) 論

隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2逐級(jí)增大到600MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移由14.1mm逐漸減小到11.5mm；隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到300MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大彎矩整體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；迎土側(cè)最大彎矩整體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)；隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到600MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)背土側(cè)最大剪力值略有減小，但差距不大；隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到300MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)的迎土側(cè)最大剪力由518kN降到493.7kN，減小了24.3kN，減小比例為4.7%；而后隨著鋼支撐支錨剛度增大到600MN/m2，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大剪力增加到564kN。說(shuō)明隨著鋼支撐支錨剛度的逐級(jí)增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大彎矩呈現(xiàn)先減小而后繼續(xù)增大的趨勢(shì)，當(dāng)支錨剛度為300MN/m2時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)迎土側(cè)最大剪力值最小，為493.7kN；隨著鋼支撐支錨剛度從200MN/m2增大到600MN/m2，基坑周邊地表沉降對(duì)鋼支撐的支錨剛度變化較為敏感，基坑周邊地表沉降最大值逐級(jí)減小；增加鋼支撐的支錨剛度能較好地控制基坑周邊地表沉降；基坑周邊地表沉降最大值發(fā)生位置穩(wěn)定在距離基坑邊12.2m處。