复杂条件下基坑支护设计研究

王文忠

(吉林省林业勘察设计研究院，长春 130000)

1 工程概况

长春市上海路北地块回迁房项目占地面积57 440 m2，建筑面积303 313 m2.其中，住宅面积153 583 m2，公建面积31 040 m2，地下建筑面积118 690 m2.结构类型为框架结构.工程建设地点为宽城区东二条以东、吴淞路以南、东三条以西、广州路以北.基坑工程为地下二层连廊基坑支护，连接两座高达30 m的小高层.考虑地下室底板及垫层厚度，基坑地面标高定为207.900，槽底标高定为195.500，基坑深度为12.4 m.基坑周边范围内存在既有暗渠，暗渠宽5.6 m，埋深3.9 m，因此形成了复杂的场区环境.场区各土层的物理力学性质见表1［1］.

表1 各层土的物理力学参数

续表1

2 支护方案的选择

基坑工程总平面图见图1.由于本工程基坑较深，周边场地狭窄，边界环境复杂，采用比较单一的土钉喷混凝土支护不能保证工程的安全性、可靠性要求;全部采取排桩支护造价又较高.为了保证基坑支护的安全，同时又尽量降低工程造价，根据场地的地质条件、基坑深度及建设单位要求，在充分汲取相关专家论证意见的基础上，最终确定基坑支护分两个区域设计.

A区:基坑支护采用土钉墙+φ 600排桩+两道锚索支护方案;

B区:基坑支护采用土钉墙支护方案［2-4］.

基坑支护平面图见图2.本基坑支护为临时工程，安全等级为二级.针对既有排水暗渠，施工期间采取临时支撑方案.沿暗渠方向设两道临时支撑梁，支撑梁下设临时支撑柱，支撑梁上横布40 a工字钢，暗渠直接与40 a工字钢刚性接触.

图1 总平面图

图2 基坑支护平面图

图3 临时支撑结构设计

3 排水暗渠临时支撑设计

3.1 主要设计参数及计算结论

临时支撑结构设计图见图3.临时支撑柱直径0.6 m×0.6 m，间距为2×(1.2 m+4.7 m+5.25 m)，桩长21.0 m，桩身入强风化岩不少于2 m.配筋主筋为13 Φ20 mm钢筋，箍筋为Φ10@130，加强筋为Φ14@2 000 mm，桩身混凝土标号为C 30.临时支撑横梁尺寸为0.6 m×0.65 m，主筋为14 Φ 25 mm+7 Φ 16 mm，箍筋为Φ 10@100钢筋，混凝土标号为C 30.临时支撑梁上横布40 a工字钢，间距为0.5 m，暗渠荷载按44 kN/m2计，直接作用于工字钢上.

计算分析采用PKPM结构分析软件.通过模拟计算可得:支撑梁竖向最大挠度为1.6 mm，工字钢竖向最大挠度为3.2 mm，均满足规范的要求，能够保证排水暗渠的稳定性.

3.2 临时支撑施工工艺

为了保证临时支撑结构施工时排水暗渠的稳定性，对暗渠底端存在的原有毛石基础进行两次人工拆除.第一次拆除部位要满足暗渠水平支撑梁的施工作业面要求;第二次拆除，应与工字钢的架设同时进行，每次毛石基础拆除的水平长度控制在0.5 m～0.8 m范围内，每满足0.5 m长度后，即刻架设一根工字钢，并保证工字钢与暗渠底部刚性接触，尽量减少暗渠的沉降或位移，用同样的方法拆除至完毕;暗渠下部混凝土浇筑时，采用布料车在暗渠下部工字钢之间的空隙下料，进行施工.待主体结构施工完成后，拆除临时支撑梁、桩.拆除时避免震动力及对地下室产生影响.

4 排桩与锚杆支护设计

4.1 主要设计参数

土钉墙+桩锚支护结构设计图见图4.计算分析采用理正深基坑计算软件(F-SPW 6.0).由于篇幅限制，此部分土钉墙的计算略去.

支护排桩直径0.6 m×0.6 m，间距为0.6 m，桩长12.5 m，桩身入强风化岩为2.4 m.桩身混凝土标号为C 30，配筋主筋为13 Φ 20 mm钢筋，箍筋为Φ 10@130，加强筋为Φ14@2000 mm.冠梁尺寸为0. 6 m×0.6 m，主筋为20 Φ 16 mm，箍筋为Φ 10@200钢筋，混凝土标号为C 30.锚索成孔直径为150 mm，间距1 200 mm，第一道锚索总长度为28.0 m，其中自由段7.5 m，锚固段20.5 m;第二道锚索长度为23.5 m，其中自由段6 m，锚固段17.5 m，一桩一锚，钢绞线为4Φs15.2，强度标准值为1 860 MPa.

图4 土钉墙+桩锚支护结构设计图

4.2 稳定性验算

4.2.1 整体稳定验算

计算方法采用瑞典条分法，应力状态采用总应力法，条分法中的土条宽度为0.40 m［2，5］，滑裂面数据:整体稳定安全系数Ks=1.927，圆弧半径R= 14.975 m，圆心坐标X=-2.277 m，圆心坐标Y= 10.696 m，满足规范的要求.

4.2.2 抗倾覆稳定性验算

抗倾覆安全系数:

式中，Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定.对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值;Mα为主动土压力对桩底的倾覆弯矩.通过对各个工况的验算，得最小安全系数Ks=2.827＞1.200，满足规范要求［2，5］.

4.3 抗隆起验算

通过Prandtl(普朗德尔)公式的计算得Ks=7.695＞1.1，满足规范要求;通过Terzaghi(太沙基)公式的计算得Ks=9.435＞1.15，满足规范的要求［2，5］.

5 土钉墙支护设计

5.1 主要设计参数

土钉墙支护放坡系数1∶0.15，土钉分7层，土钉锚固体直径110 mm，土钉钢筋为1 Φ 22，1 Φ 25，1 Φ 28.喷锚面层为Φ8@200 mm×200 mm钢筋网和2 Φ 14横向压筋，喷射100 mm±20 mm厚的C 20细石混凝土.坡顶四周做1.0 m宽散水，做法同喷锚面层，坡比0.02∶1.计算时考虑地面超载44 kPa.土钉支护结构设计图见图5.计算分析采用理正深基坑计算软件(F-SPW 6.0).

基坑顶部适当位置用红砖砌筑排水沟，用以拦截地表水，坡顶排水沟经沉淀池与市政排水系统连通;基坑底部沿护壁围护桩侧用红砖砌筑排水沟，基坑底部拐角点设置集水井，用以排除基坑内积水.

5.2 土钉墙稳定性验算

根据施工期间不同开挖深度及基坑地面以下可能滑动，采用圆弧滑动简单分条法按下式验算:

图5 土钉墙支护结构设计

其中，N为滑动体分条数;m为滑动体内土钉数;γk为整体滑动分项系数，可取1.3;γ0为基坑侧壁重要性系数;ωi为第i分条土重.滑裂面位于粘性土或粉土中时，按上覆土层的饱和土重度计算;滑裂面位于砂土或碎石类土中时，按上覆土层的浮重度计算;bi为第i分条宽度;cik为三轴试验确定的第i层土固结不排水剪聚力标准值;φik为三轴试验确定的第i层土固结不排水内摩擦角标准值;θi为第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角;αj为第j根土钉与水平面的夹角;Li为第i分条滑裂面处弧长;S为计算滑动体单元厚度;Tnj为第j根土钉抗拉承载力设计值［2-3］.

内部稳定性验算结果见表2.为了施工方便，土钉长度经过修正后取相同长度.

表2 内部稳定设计结果

外部稳定性验算结果:基底平均压力设计值188.3 kPa＜300.0 kPa，基底边缘最大压力设计值232.1 kPa＜1.2×300.0 kPa，抗滑安全系数28.653＞1.300，抗倾覆安全系数102.244＞1.600，均满足规范的要求.

6 结论

该支护工程通过将排桩、锚索及土钉墙综合运用于支护设计中，较好地解决了工程中安全性与经济性相统一的问题.另外，该支护工程范围内存在排水暗渠，给基坑支护设计及施工造成极大的不便.

笔者通过对排水暗渠采取临时支撑的措施，保证了施工过程中排水暗渠的稳定性及安全性，并对临时支撑结构的施工提出了建议与要求，很好地解决了相关问题.通过该支护工程的成功应用，为今后工作打下基础，并供类似工程实践提供参考.

［1］长春有色勘察设计院.上海路北地块回迁房R2，S5，S6，R8号楼岩土工程勘察报告［R］.2011-118-1.

［2］建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)［S］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［3］王 鹏，王文忠，曹 宇.杂填土场地基坑边坡土钉墙支护设计研究［J］.长春工程学院学报(自然科学版)，2011，12(2):17-20.

［4］黄举松，谭金娥，李志明.边界复杂环境条件下基坑支护施工技术分析［J］.探矿工程，2009，36(11):42-45.

［5］傅志峰.复杂条件下基坑支护结构稳定性分析［J］.城市道路与防洪，2008(4):90-93.