談斜支撐在成都東郊基坑支護工程中的運用

張芬 陳曦 鄭煒

(中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川成都 610052)

0 引言

成都東郊膨脹性粘土中含有大量的蒙脫石—伊利石混合型親水性礦物，該區域內的膨脹性粘土具有較明顯的遇水膨脹、失水收縮的特性。由于膨脹性粘土在含水量不同的情況下，其巖土力學特性差異極大，使得該區域基坑支護設計中的膨脹性粘土參數(尤其是粘聚力c和內摩擦角φ)的取值一直存在著較大的爭議。東郊存在大量的復雜老舊的市政管網，在基坑周邊難免會出現不明滲水點，若按膨脹性粘土天然含水率下的力學參數進行計算，則容易給基坑安全造成嚴重隱患;若按照膨脹性粘土飽水狀態下的力學參數進行計算，則易造成基坑支護結構過強，造價過高，由于基坑支護工程屬于臨時性、輔助性工程，這無疑將給建設單位增加不必要的投入。正是由于設計上的不確定性，使得該區域基坑支護一直是成都地區基坑支護較易出問題的區域。一直以來，很多學者都嘗試著找到一種經濟且安全的基坑體系作為該區域基坑支護推廣的方法。成都航天通信設備有限責任公司東調搬遷改造項目基坑支護工程，采用支護樁+斜支撐的基坑支護方式，利用“強撐”+“弱樁”的思路，有效的、經濟合理的解決了基坑支護中的難點問題。

1 工程概況

工程位于成都市成華區龍潭工業園內，焊研科技與三方電器以北，光明乳業與攀鋼集團之間。距東三環路約2 km，交通方便。場地地層主要為雜填土，厚度0．80 m～1．30 m;膨脹性粘土4．60 m ～7．90 m;全風化泥巖 5．00 m ～ 6．50 m;強風化泥巖1．50 m～2．40 m;中風化泥巖。地貌單元屬于岷江三級階地，膨脹性粘土的自由膨脹率較大。基坑深度為11．00 m。場地東側、西側為已建廠區道路;北側距離基坑開挖線9．00 m，為已建1層廠房;南側距離基坑開挖線1．45 m，為已建的4層科研用房。

2 支護方案的選擇

該工程基坑深度達11．00 m，屬深基坑。基坑的北側、東側、和西側或為廠區道路或已建建筑離基坑較遠，對基坑變形控制要求不高，擬采用排樁支護結構形式，考慮到膨脹性粘土中錨索桿件的抗拔值受土體含水量的影響很大，效果較差，故擬采用雙排樁支護結構來替代錨拉樁支護結構:樁徑1．20 m，前排樁樁間距2．00 m，后排樁樁間距4．00 m，前排樁之間，后排樁之間分別通過冠梁相連，前、后排樁之間通過連梁相連。基坑南側距離已建建筑僅1．45 m，該側基坑支護為整個基坑支護的重點和難點。受施工作業面的限制，該側支護樁僅能選1．20 m的單排樁。為控制基坑變形，在該側設置樁樁相連的單排樁，樁身設置兩道腰梁，并設置38根斜支撐。

平面布置見圖1。

圖1 基坑平面布置圖

3 計算步驟

基坑東側、北側、西側雙排樁的計算過程不是本文討論的重點，研究此方面的文章也較多，在此不再贅述。現就斜支撐+單排樁的計算步驟詳述如下:

1)計算模型的建立。

已建建筑的基礎埋深約為2．50 m，為控制基坑變形，在2．50 m，5．00 m處各設置1道斜支撐，其計算模型如圖2所示。

2)計算步驟。

a．旋挖樁的計算。

圖2 基坑計算模型圖

Ks=3．248 ＞1．250，滿足規范要求。

Ks=3．899 ＞1．250，滿足規范要求。

Ks=2．940 ＞1．250，滿足規范要求。

Ks=3．503 ＞1．250，滿足規范要求。

Ks=2．184 ＞1．250，滿足規范要求。

安全系數最小的工況號:工況5(見圖3)。

圖3 內力包絡圖

最小安全Ks=2．184＞1．250，滿足規范要求。

計算結果見表1，表2，整體穩定性驗算簡圖見圖4。b．斜支撐腰梁的計算。

表1 截面參數

表2 內力取值

圖4 整體穩定驗算簡圖（單位：m）

計算簡圖見圖5。

圖5 幾何尺寸及荷載標準值簡圖（單位：mm）

計算結果見圖6～圖9。

圖6 彎矩包絡圖（調幅后）（單位：kN·m）

圖7 剪力包絡圖（單位：kN）

圖8 計算配筋簡圖

圖9 選筋簡圖

c．斜撐對腰梁局部受壓驗算。

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，滿足要求。

d．斜撐對腰梁受沖切驗算。

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，滿足要求。

e．基樁抗水平力驗算。

樁配筋20根直徑25鋼筋，鋼筋總面積:

As=20 ×0．25 ×3．14 ×25 ×25=9 812．5;

樁截面積 Ap=0．25×3．14×1 000×1 000=785 000;

配筋率n=As/Ap=1．25% ＞0．65%，則單樁水平承載力特征值:

4 結語

斜支撐由于自身的剛度大，變形小，將其與排樁相結合，可大大減小排樁支護的嵌固端，從而減少基坑支護的工作量，達到保證安全的情況下，降低基坑造價的目的。在成都東郊膨脹性粘土地區，由于地下水會大大降低膨脹性粘土的粘聚力c和內摩擦角φ值，使得錨索在該區域實際的使用效果很差，斜支撐以其自身的特點，可以可靠的給排樁提供一個有效的支點，減少樁頂變形量，在該區域的基坑支護中有著很大的適用性。

［1］JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］．

［2］DB 51/T5026-2001，成都地區建筑地基基礎設計規范［S］．

［3］DB 51/T5072-2011，成都地區基坑工程安全技術規范［S］．