圓環(huán)桁架內(nèi)支撐形式在基坑工程中的運用

王戰(zhàn)鵬 饒運東 萬少石

在城市軟土地區(qū)開挖深基坑,面臨著確保基坑工程安全、控制基坑周邊變形和方便工程施工的難題。本文作者在中山深厚軟土地區(qū)一個深基坑工程實踐中,設計采用了圓環(huán)桁架支撐結構。實踐表明,該結構受力合理可靠,能較好的控制坡頂位移和沉降,同時內(nèi)部敞開的空間大大方便了基坑開挖和施工作業(yè),縮短了工期,具有明顯的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

1)工程簡介。中山市銀泉酒店位于中山市古鎮(zhèn)鎮(zhèn),酒店主樓采用灌注樁基礎。地下室平面形狀不規(guī)則,占地面積約 11 000m2,基坑開挖深度為8.45m,局部10m。

2)基坑周邊環(huán)境。本基坑工程周邊環(huán)境比較復雜:基坑東、南、北三側緊貼道路,其中基坑東側的新興大道和基坑北側的東興中路為主干道,人車流量特別集中;基坑南側道路邊有燈飾銷售商鋪,基坑西側為早年所建的住宅區(qū),距離基坑邊約 8m,采用混凝土灌注樁基礎;基坑北側有高壓電纜溝,基坑南側和北側坑頂有排水管道,為保護這些建筑與道路,基坑開挖對變形控制的要求較高。

3)工程地質(zhì)狀況。基坑開挖深度范圍內(nèi),上部主要為人工素填土,下部為淤泥質(zhì)土,土質(zhì)條件較差,基底容易隆起、踢腳。各土層物理力學指標見表 1。

表1 土層物理指標

2 基坑支護設計

2.1 基坑設計方案

由于基坑所處場地土質(zhì)條件較差,基坑開挖深度8.5m～10m,且基坑周邊環(huán)境對沉降、位移控制要求較高,根據(jù)成熟的工程經(jīng)驗決定采用樁撐方案進行基坑支護,設置一排攪拌樁作為防滲帷幕。

綜合考慮基坑形狀因素和土方開挖的便利,采用了圓環(huán)桁架內(nèi)支撐的形式。圓環(huán)桁架內(nèi)支撐具有平面剛度大、整體性好的特點,能有效的控制抵抗通過內(nèi)支撐傳遞過來的土壓力,從而有效控制基坑周邊的位移和沉降,同時圓環(huán)內(nèi)部空間開闊,方便土方的開挖施工。基坑剖面設計如圖 1所示。

2.2 基坑設計方案

1)為減小支護樁長度,基坑上部 2.4m采用噴錨支護。

2)支護樁采用鉆孔灌注樁,樁徑 800mm,樁身混凝土強度等級為C25,樁間距 1000mm,根據(jù)計算樁身彎矩包絡圖采用分段配筋。

3)基坑采用一道支撐進行支護,將基坑土壓力通過輻射狀支撐傳遞到雙圓環(huán)桁架結構上。輻射狀支撐截面為 500 mm× 700mm,為增大支撐系統(tǒng)剛度,外環(huán)梁截面尺寸為 1 200mm× 800mm,內(nèi)環(huán)梁截面尺寸為 1 500mm×800mm,內(nèi)外環(huán)直徑分別為100m,86m,內(nèi)外環(huán)之間通過400mm×600mm連系梁連接,形成桁架式結構整體受力,要求施工截面中心在同一標高。支撐系統(tǒng)平面布置見圖 2。

4)設置立柱以承受支撐自重、減小支撐長細比。

2.3 內(nèi)支撐結構計算

直桿支撐、圓環(huán)支撐軸力計算的關鍵,并且要考慮在不對稱開挖情況下,支撐系統(tǒng)的受力情況[1]。

首先采用m值法,取基坑各側典型地質(zhì)剖面,進行基坑支護剖面計算,坡頂荷載按 20 kPa考慮,計算內(nèi)支撐的支點力。然后將計算所得的支點力轉化為均布荷載,作用于整個內(nèi)支撐系統(tǒng)上,從而計算出各個桿件的內(nèi)力,用此內(nèi)力進行內(nèi)支撐系統(tǒng)的配件計算。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)與基坑支護效果

基坑開挖順序為先開挖四周土體,然后向中間退挖。開挖土層分為 3層土,第一層土開挖到支撐梁底標高,然后施工支撐系統(tǒng),第二層土開挖 3m深度,第三層土開挖約 3.5m,直到設計坑底標高,開挖過程做到盡可能的對稱開挖。基坑開挖過程中,對基坑周邊的位移和沉降及支撐軸力進行了監(jiān)測,監(jiān)測情況如下所述。

3.1 內(nèi)支撐軸力監(jiān)測

依據(jù)計算結果,在軸力較大的位置布置監(jiān)測點,對內(nèi)、外環(huán)梁、輻射撐做了軸力監(jiān)測,軸力監(jiān)測結果如表 2～表 4所示。

表2 內(nèi)環(huán)梁支撐軸力 kN

表3 外環(huán)梁支撐軸力 kN

表4 輻向支撐軸力 kN

由以上監(jiān)測結果可知,內(nèi)、外環(huán)梁均承受較大的軸力,且內(nèi)環(huán)梁軸力大于外環(huán)梁軸力。支撐系統(tǒng)的傳力方式是,輻向支撐將水平力傳遞給外環(huán)梁,然后通過連系梁傳遞給內(nèi)環(huán)梁。

3.2 灌注樁位移監(jiān)測

在基坑四周共布置 8個樁身測斜監(jiān)測點,以監(jiān)測基坑開挖過程中支護樁的位移情況。圖 3為具有代表性的基坑開挖到底部時候的樁身測斜曲線,從監(jiān)測情況來看,支護樁最大位移發(fā)生在接近基坑底部位置,其中 CX3測點所在的基坑西側由于開挖深度為最大,樁身位移最大達到 35mm,其余測點樁身位移一般在30mm。

3.3 基坑周邊位移沉降監(jiān)測

基坑開挖過程中,對基坑周邊的位移和沉降進行了監(jiān)測,除局部攪拌樁漏水位置沉降達到 3.7 cm,其余位置沉降均介于1.3 cm～2.6 cm,基坑頂部位移介于1.7 cm～2.1 cm,支撐爆破拆換撐過程中,沉降位移最大增加 0.5 cm,整個基坑施工過程中基坑四周位移沉降均在可控范圍以內(nèi),沒有對周邊道路、管線、房屋造成明顯不利影響。

4 結語

1)圓環(huán)桁架內(nèi)支撐形式比較適用于基坑形狀不規(guī)則但接近于方形的基坑,與對撐相比較具有對挖土施工影響小的優(yōu)點,可以縮短工期。2)圓環(huán)桁架內(nèi)支撐具有支撐剛度大、結構可靠度高等優(yōu)點,配合支護樁,能有效的控制基坑周邊的位移沉降,從而降低基坑開挖對周邊環(huán)境的影響。

[1] 尹 驥,管 飛,李象范.直徑 210m超大圓環(huán)支撐基坑設計分析[J].巖土工程學報,2006,28(sup):15-97.

[2] 張曉磊,徐向輝.大空間地下工程鋼筋混凝土支撐體系研究[J].山西建筑,2010,36(10):99-100.