環梁支撐體系在深基坑工程中的應用

王曾輝

(福建船政交通職業學院，福建福州 350007)

0 引言

隨著城市用地的日益緊張，建筑物不斷向地下發展，現在，2層或3層的地下室在城市中已司空見慣。一般來說，2層地下室開挖深度在10 m左右，而3層地下室開挖深度將達到15 m，因此，對于深基坑支護結構的設計已成為眾多工程師和學者的研究重點［1］。

深基坑支護的目的是在保證土方側壁穩定的情況下使地下室得以順利施工。對于城市中的基坑工程來說，由于周邊環境復雜，用地紅線局限，因此對土方側壁的安全和穩定有著更高的要求，常用的基坑支護方法有樁+內支撐的形式，但對于某些平面形狀不規則的基坑來說，怎樣合理地布置內支撐才能使基坑支護安全經濟且便于施工，成為一個亟待解決的課題。

針對這種情況，提出了鋼筋混凝土環梁+輻射桿件的支撐形式，這種支撐形式是將基坑側壁的土壓力通過輻射桿件傳遞到中部環梁上，讓環梁主要承受軸壓力，充分利用了環梁的受力特征，有以下優點:

1)在基坑中部形成大面積的施工空間，方便土方開挖。

2)支撐體系主要受力構件為環梁，傳力明確，環梁主要承受軸壓力，充分發揮了混凝土結構抗壓性能好的優點。

3)適用于形狀不規則的基坑平面，支撐布置靈活。

本文以一個具體的深基坑工程為例，探討該支護形式的實用性。

1 工程應用分析

1.1 工程概況

該基坑位于福建福州地區，地處市中心。項目基坑平面如圖1所示。基坑周長約200 m，基坑挖深約為11.5 m。該項目基坑范圍內影響土層主要為雜填土1.5 m～5 m，粘土0.8 m～3.5 m，淤泥3.4 m ～9.6 m，粉質粘土2.5 m ～9.8 m，其下為殘積粘性土層，各土層參數如表1所示。

圖1 基坑總平面布置圖

表1 基坑支護范圍內土體物理力學指標

綜上所述，該基坑的特點為:

1)基坑平面形狀不規則，布撐難度大。

2)基坑開挖較深且分布有較厚的淤泥層，基坑側壁承受的土壓力較大。

3)基坑地處市中心，周邊存在既有建筑物及城市道路，要求基坑開挖對周邊環境的影響降至最低。

1.2 方案選擇

該基坑開挖較深且存在較厚軟土層，地處市中心，對基坑的安全性和穩定性要求較高，因此建議采用鋼板樁+鋼內支撐或鋼筋混凝土灌注樁+鋼筋混凝土內支撐的支護方案。

鋼板樁+鋼內支撐結構的優點在于施工速度快，工期短，工程造價較低;缺點在于基坑位移較大，且需要的鋼板樁長度較長，不易進入標貫較大的殘積粘性土層。

鋼筋混凝土灌注樁+鋼筋混凝土內支撐結構的優點在于基坑的安全系數較高，基坑側壁位移較小;缺點在于施工工期長且工程造價較高。

綜合各方面因素考慮，最終采用鋼筋混凝土灌注樁+鋼筋混凝土內支撐結構形式，由于基坑平面形狀不規則，較難布置對撐，因此采用環梁+輻射桿件的支撐形式。

1.3 計算分析

該基坑支護剖面如圖2所示。

采用理正深基坑(F-SPW)軟件進行計算，選取第二道支撐內力如圖3，圖4所示。

分析計算結果，可以得出以下結論:

1)第二道支撐內力比第一道支撐內力大得多。

2)輻射桿件所受軸力較小，環梁所受軸力較大，為主要的受力構件，需要較大截面［3］。

3)在基坑的角部及構件節點處，彎矩突然增大，對于這些部位應采取加強措施。

圖2 基坑支護剖面圖

圖3 第二道內支撐軸力圖

圖4 第二道內支撐彎矩圖

2 本基坑支護工程的設計關鍵

1)基坑側壁土壓力絕大部分傳至環梁，因此必須保證環梁具有足夠的截面尺寸，且根據環梁所受彎矩的方向，環梁需設計成扁梁［4］。

2)在桿件節點處彎矩突然增大，尤其在基坑四周的角部，因此對于桿件節點處必須加強，采用的方法是對梁進行加腋處理。

3)根據規范，立柱所受的軸力與支撐受力大小有關［2］，該基坑立柱所受軸力較大且高度較高，必須注意立柱的長細比控制，本工程采用槽鋼加綴條格構式柱的形式。

4)第二道支撐支承在腰梁上，為保證上下兩道支撐軸線位于同一豎直面內，第一道支撐與冠梁之間采用300 mm厚鋼筋混凝土板連接。

5)基坑開挖深度范圍內存在較厚淤泥層，因此在支護樁之間施工高壓旋噴樁作為止泥帷幕，以防止淤泥流動造成的周邊地表沉降。

6)本基坑開挖及支護應嚴格注意以下施工順序:待第一、二道鋼筋混凝土水平支撐體系施工并養護至設計強度后才可繼續向下開挖;地下二層底板及傳力帶施工完成后才可拆除第二道水平支撐，地下一層樓板及傳力帶施工完成后才可拆除第一道水平支撐。

3 結語

1)對于基坑平面形狀不規則，不易布置對撐的情況，采用環梁+輻射桿件是一個很好的選擇。

2)環梁支撐形式為基坑開挖提供了較大的工作面，提高了工程的施工進度，具有極大地實用性。

3)環梁支撐的設計應著重考慮環梁截面及桿件節點處的承載力是否滿足要求。

4)本基坑的設計計算以平面分析為主，在今后的工程實踐中可綜合考慮支撐體系的空間效應，這樣可以在優化桿件的同時，降低造價。

5)工程監測數據表明，相比于一般的支撐結構，環梁支撐系統在支護樁頂部提供了更大的剛度，支護樁頂部的位移較小，這樣可以將對周邊環境的影響降至最低。

［1］李志明，熊 乾.軟土地區深基坑環梁支撐體系的應用［J］.鐵道標準設計，2000，12(12):62-63.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程［S］.

［3］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［4］曾律弦，潘 泓，肖四喜.深基坑環梁支護結構的性狀分析［J］.四川建筑科學研究，2009，6(3):115-118.

［5］徐軍林.混凝土環梁支撐體系在地鐵深基坑中的設計應用［J］.交通科技，2011，6(3):51-53.