腾达中心大型深基坑围护结构受力与稳定分析

叶建军 谢小杰 罗 涛

腾达建设集团股份有限公司，浙江台州 318000

1 工程概况

本工程位于台州市经济开发区中央商务区的西南角，总用地面积41575m2，规划建设用地面积23818m2，地上总建筑面积211000m2。设计以中央广场为轴分为A、B两个地块。建筑物设计采用桩基础，基坑总周长约710.8m，面积约3.47万m2。场地自然地坪标高为+4.00m。地下一层楼板设计标高为-5.40m，地下二层板面标高-9.25m，承台垫层底标高为-10.60m，主楼筏板厚度为1.8m～2.8mm，筏板垫层底标高为-11.20～-12.20m。

地下车库部位至承台垫层底，基坑开挖深度为9.40m，主楼部位至筏板垫层底，基坑开挖深度10.40～11.00m，基坑安全等级定为一级。

场地分布的地下水主要为赋存于浅部黏性土层中的孔隙潜水，下部砾石、粉土层中的孔隙承压水及深部的基岩裂隙水。无不良地质作用。

2 围护结构设计

2.1 支撑方案

根据基坑设计深度、周边地质条件及环境情况，围护支护形式采用钻孔桩+二道支撑进行支护[1]。

根据本基坑的形状特点及支撑对土方开挖和土建施工的影响程度，选择环形支撑形式[2]（见图 1）。

图1 环形支撑布置图

采用钻孔灌注桩内插型钢格构柱作为水平支撑系统的竖向支撑构件[3]。立柱桩采用钻孔灌注桩，直径Φ800，多桩承台和号楼筏板部位立柱桩尽量利用工程桩，桩长、桩径同工程桩，桩径小于Φ800的工程桩，上部4.0m扩径至800mm。圆环支撑部位有效桩长40.00m，其余部位有效桩长30.00m。

2.2 施工工况

本工程先进行搅拌桩的施工，再进行钻孔灌注桩围护桩施工[4]，然后进行土方开挖，土方开挖按照分段、分层、分块进行，严禁超挖。整个基坑土方垂直方向分三层 开 挖， 具 体 为 第 一 层-1.50～-2.90m， 第 二 层-2.90～-7.20m，第三层-7.20～-10.15m；平面方向按后浇带划分为23个 分 区， 分 别 为A1～A6、B1～B4、C1～C6、D1～D7 ；其 中A1、A2、A3、B1、B2、B3区为坑中坑区域。

3 分析模型

3.1 计算参数

根据基坑开挖深度和场地周围环境情况，采用现场围护的设计参数，对施工中的不同工况，采用分析软件计算单个剖面的受力、变形和整体稳定性[5]。

计算深度确定依据：

（1）地库部位：按照承台垫层底控制。

（2）主楼部位：按照主楼筏板垫层底控制。

（3）土压力计算理论采用朗金土压力理论，黏聚力与内摩擦角值取固结快剪值，素填土采用水土分算，其余土层采用水土合算；根据当地类似工程经验，本项目抗剪强度指标打8折。

（4）地面超载：①基坑顶至用地红线内地面超载取20kPa ；②红线外市政道路超载取30kPa；③出土口部位超载取35kPa。

3.2 计算截面与工况

在此选择主楼附近开挖最深（11.0m）的剖面进行计算（见图2）。

图2 计算剖面

计算工况见表 1。

表1 分析计算工况

4 计算结果

4.1 位移与内力计算

依据开挖工况计算围挡结构的内力包络图如图 3所示：

图3 内力包络图

根据内力包络图，桩的内力如表2所示：

表2 桩体内力

依据上述计算得到桩的配筋为纵筋18Φ25，箍筋为Φ8@200。

4.2 整体稳定性

利用瑞典条分法，土条宽度为1m，整体稳定安全系数计算值为 1.366，圆弧半径 R = 31.767m，圆心坐标X = -2.809 m，Y =11.744m。

4.3 抗倾覆稳定性

抗倾覆安全系数：

式中：MP—被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩。

Ma—主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

该稳定性验算结果见表3。

表3 抗倾覆稳定性验算结果

工况5 85633.8 64561.16 1.33 满足工况6 / / 刚性铰 满足工况7 / / 刚性铰 满足工况8 / / 刚性铰 满足工况9 / / 刚性铰 满足

由表3可见抗倾覆稳定系数均大于1.25，满足相关规范。

4.4 抗隆起验算

（1）采用逐层验算抗隆起稳定性的方法，结果如下：

支护底部：Ks= 1.899 ≥ 1.800，满足。

深度146.300处：Ks= 2.042 ≥ 1.800，满足。

（2） 采用圆弧条分法进行坑底抗隆起验算，按以最下层支点为转动轴心，结果如下：

Ks=2.242≥2.200，坑底满足。

4.5 流土稳定性验算

式中：Kse—安全等级为一级的基坑支护，安全系数取1.6；

D1—潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的垂直距离（m）；

Δh'—基坑内外的水头差 （m）；

计算得到流土稳定性为：

K =1.657＞=1.6，满足规范要求。

5 结语

通过对围挡结构受力模型的分析，得到围挡桩基内力、整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性与流土稳定性均在相关规范要求的范围以内，表明围挡方案与施工流程安全合理。

[1] 仲崇梅. 深基坑组合支护结构设计与研究[D]. 西安建筑科技大学，2005.

[2] 刘少文，谢昭宇. 组合结构环形支撑体系在某基坑工程中的应用[J]. 施工技术，2012（5）：100-103.

[3] 黄国章. 承插式钢管排桩在桥梁墩台围堰施工中的应用[J]. 中国市政工程，2011（6）：41-43.

[4] 崔金利. 亦城财富中心共享大厅中央环形钢梁临时支撑体系设计与施工[J]. 施工技术，2016（11）：111-116.

[5] 金国龙，黄春美. 圆环形支撑基坑支护体系设计分析[J]. 地下空间与工程学报，2013（S1）：1694-1700.