谈斜支撑在成都东郊基坑支护工程中的运用

张芬 陈曦 郑炜

(中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川成都 610052)

0 引言

成都东郊膨胀性粘土中含有大量的蒙脱石—伊利石混合型亲水性矿物，该区域内的膨胀性粘土具有较明显的遇水膨胀、失水收缩的特性。由于膨胀性粘土在含水量不同的情况下，其岩土力学特性差异极大，使得该区域基坑支护设计中的膨胀性粘土参数(尤其是粘聚力c和内摩擦角φ)的取值一直存在着较大的争议。东郊存在大量的复杂老旧的市政管网，在基坑周边难免会出现不明渗水点，若按膨胀性粘土天然含水率下的力学参数进行计算，则容易给基坑安全造成严重隐患;若按照膨胀性粘土饱水状态下的力学参数进行计算，则易造成基坑支护结构过强，造价过高，由于基坑支护工程属于临时性、辅助性工程，这无疑将给建设单位增加不必要的投入。正是由于设计上的不确定性，使得该区域基坑支护一直是成都地区基坑支护较易出问题的区域。一直以来，很多学者都尝试着找到一种经济且安全的基坑体系作为该区域基坑支护推广的方法。成都航天通信设备有限责任公司东调搬迁改造项目基坑支护工程，采用支护桩+斜支撑的基坑支护方式，利用“强撑”+“弱桩”的思路，有效的、经济合理的解决了基坑支护中的难点问题。

1 工程概况

工程位于成都市成华区龙潭工业园内，焊研科技与三方电器以北，光明乳业与攀钢集团之间。距东三环路约2 km，交通方便。场地地层主要为杂填土，厚度0．80 m～1．30 m;膨胀性粘土4．60 m ～7．90 m;全风化泥岩 5．00 m ～ 6．50 m;强风化泥岩1．50 m～2．40 m;中风化泥岩。地貌单元属于岷江三级阶地，膨胀性粘土的自由膨胀率较大。基坑深度为11．00 m。场地东侧、西侧为已建厂区道路;北侧距离基坑开挖线9．00 m，为已建1层厂房;南侧距离基坑开挖线1．45 m，为已建的4层科研用房。

2 支护方案的选择

该工程基坑深度达11．00 m，属深基坑。基坑的北侧、东侧、和西侧或为厂区道路或已建建筑离基坑较远，对基坑变形控制要求不高，拟采用排桩支护结构形式，考虑到膨胀性粘土中锚索杆件的抗拔值受土体含水量的影响很大，效果较差，故拟采用双排桩支护结构来替代锚拉桩支护结构:桩径1．20 m，前排桩桩间距2．00 m，后排桩桩间距4．00 m，前排桩之间，后排桩之间分别通过冠梁相连，前、后排桩之间通过连梁相连。基坑南侧距离已建建筑仅1．45 m，该侧基坑支护为整个基坑支护的重点和难点。受施工作业面的限制，该侧支护桩仅能选1．20 m的单排桩。为控制基坑变形，在该侧设置桩桩相连的单排桩，桩身设置两道腰梁，并设置38根斜支撑。

平面布置见图1。

图1 基坑平面布置图

3 计算步骤

基坑东侧、北侧、西侧双排桩的计算过程不是本文讨论的重点，研究此方面的文章也较多，在此不再赘述。现就斜支撑+单排桩的计算步骤详述如下:

1)计算模型的建立。

已建建筑的基础埋深约为2．50 m，为控制基坑变形，在2．50 m，5．00 m处各设置1道斜支撑，其计算模型如图2所示。

2)计算步骤。

a．旋挖桩的计算。

图2 基坑计算模型图

Ks=3．248 ＞1．250，满足规范要求。

Ks=3．899 ＞1．250，满足规范要求。

Ks=2．940 ＞1．250，满足规范要求。

Ks=3．503 ＞1．250，满足规范要求。

Ks=2．184 ＞1．250，满足规范要求。

安全系数最小的工况号:工况5(见图3)。

图3 内力包络图

最小安全Ks=2．184＞1．250，满足规范要求。

计算结果见表1，表2，整体稳定性验算简图见图4。b．斜支撑腰梁的计算。

表1 截面参数

表2 内力取值

图4 整体稳定验算简图（单位：m）

计算简图见图5。

图5 几何尺寸及荷载标准值简图（单位：mm）

计算结果见图6～图9。

图6 弯矩包络图（调幅后）（单位：kN·m）

图7 剪力包络图（单位：kN）

图8 计算配筋简图

图9 选筋简图

c．斜撑对腰梁局部受压验算。

Fl≤1．35βcβlfcAln。

βl=

Fl=875 ×1．414=1 237 kN。

Ab=1 ×0．6=0．6 m2。

Al=0．25 ×3．14 ×0．609 ×0．609=0．29 m2。

βl=1．44。．25 ×3．14 × (0．8 ×0．8 －0．581 ×0．581)=0．24 m2。cβlfcAln=1．35 × 1 × 1．44 × 14．3 × 0．24 × 1 000=Aln=0

1．35β 6 672 kN＞1 237 kN，满足要求。

d．斜撑对腰梁受冲切验算。

ps=1 237/(1 ×0．8)=1 546 kPa。

Fl=1 546 ×0．2=309 kN。

0．7βhftbmh0=0．7 ×1 ×1 430 ×0．9 ×0．6=541 kN ＞309 kN，满足要求。

e．基桩抗水平力验算。

桩配筋20根直径25钢筋，钢筋总面积:

As=20 ×0．25 ×3．14 ×25 ×25=9 812．5;

桩截面积 Ap=0．25×3．14×1 000×1 000=785 000;

配筋率n=As/Ap=1．25% ＞0．65%，则单桩水平承载力特征值:

4 结语

斜支撑由于自身的刚度大，变形小，将其与排桩相结合，可大大减小排桩支护的嵌固端，从而减少基坑支护的工作量，达到保证安全的情况下，降低基坑造价的目的。在成都东郊膨胀性粘土地区，由于地下水会大大降低膨胀性粘土的粘聚力c和内摩擦角φ值，使得锚索在该区域实际的使用效果很差，斜支撑以其自身的特点，可以可靠的给排桩提供一个有效的支点，减少桩顶变形量，在该区域的基坑支护中有着很大的适用性。

［1］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］．

［2］DB 51/T5026-2001，成都地区建筑地基基础设计规范［S］．

［3］DB 51/T5072-2011，成都地区基坑工程安全技术规范［S］．