基坑支護結構手工計算與天漢軟件計算對比分析
——以黃石MALL城超大深基坑為例

嚴學寧，張世軒，王翠英

基坑支護結構手工計算與天漢軟件計算對比分析
——以黃石MALL城超大深基坑為例

嚴學寧，張世軒，王翠英

（湖北工業大學土木建筑與環境學院，湖北武漢430068）

黃石MALL城超大深基坑支護結構設計中，分別采用手工與天漢軟件進行計算，計算內容包含土壓力、錨桿內力、長度等，并對支護結構的穩定性進行驗算。深基坑支護結構設計優先采用軟件計算，選取局部段進行手工核實，基坑支護設計更加快速、可靠、安全。

深基坑；天漢軟件；支護設計

黃石MALL城基坑平面特大，形狀大致呈長方形（不太規則），最長處約303m，寬約136m；場區淤泥分布不均勻，基坑周邊分布有管線及住宅樓、公用設施等，特別是西北側的一條箱涵，其對過大的沉降和差異沉降很敏感［1］。根據基坑支護方案比選原則及地層、開挖深度、周邊環境的情況，按照重要性對基坑支護分區、分段，由簡單到復雜、由低價到高價的先后順序進行試算、比較，最后選擇最佳的方案，本文節選STU段支護結構進行手工與天漢軟件計算分析對比。

1 工程概述

1.1 工程概況

黃石MALL城建筑物占地總面積41 877m2，由主樓（28F、31F）及附樓（3F、4F、5F）組成，地下設2層滿鋪地下室。該基坑開挖面積約32 956.7m2，基坑周邊開挖深度為自然地面下7.60m、12.10m，電梯井開挖深度為自然地面下14.50m，工程安全等級為1級，總平面布置圖見圖1。

圖1 黃石MALL城基坑平面圖

1.2 場地巖土工程地質與水文地質條件

場區地層概述如下：①雜填土；②粘土；③淤泥；④粘土；⑤石灰巖。根據場地巖土工程勘察報告，與基坑支護設計相關底層的巖土設計參數取值見表1。場地地下水位－0.60～1.10m，下層地下水類型主要為巖溶裂隙水，主要賦存在石灰巖的溶洞與巖溶裂隙之中，依據區域水文地質資料屬于承壓水。

表1 基坑設計參數表

1.3 周邊環境

基坑西北側為3～4層磚混結構房，距基坑邊38.0m。同時西北側沿基坑邊地下鋪設有地下電纜及市政排水管道，埋深不明；東側為主干道，且沿路邊地下鋪設有給排水管道、電纜等管網設施，管道的具體位置及埋深不明；距基坑邊分別為6.60～34.10 m；東南為軸承廠住宅區，5～7層磚混結構房，距基坑9.20～19.30m；西南為湖濱大道，且沿基坑邊地下鋪設有給排水管道、電纜等管網設施，管道的具體位置及埋深不明；距基坑12.2m。

基坑環境較為嚴峻，地質條件不良（東北部淤泥層厚普遍為8～10m）。因業主未提供周邊建筑物的設計與施工圖紙，方案設計計算時，基坑周邊建筑物基礎埋深按常規考慮［2］。

2 基坑STU段支護結構設計計算

通過綜合評價確定擬建場區的支護方式為：西南區（無淤泥分布，地質條件好）采用“樁錨”支護方式；東北區（有淤泥分布，地質條件差）采用排樁＋內支撐結合被動區加固的支護方式。本文選取STU段進行計算。

STU段開挖深度12.1m，放坡1.5m，計算深度為10.6m。放坡1.5厚土層視為超載25kPa均布，施工地面荷取20kPa。支護樁采用鉆孔灌注樁，直徑1.0m，間距1.4m，砼強度為C30。樁頂設一道鎖口梁，寬1.2m，高0.6m。梁頂標高－2.50 m，混凝土強度等級均為C30。

2.1 支護結構手工計算

2.1.1 支護結構土壓力 主動土壓力和被動土壓力計算見表2。

表2 主／被動土壓力計算表

計算簡圖（圖2）。

圖3 STU段支撐力計算簡圖

支護樁外側：基底標高處主動土壓力強度pa外＝103kPa；基底下深度u處主動土壓力強度pau外＝103＋19.6×0.589 u＝103＋11.544 u；支護樁內側：基底標高處被動土壓力強度pp內＝73kPa；基底以下深度u處被動土壓力強度ppu內＝73＋33.281 u；上述可得支護樁兩側主動和被動土壓力強度之差：P差＝pa外＋pau外－pp內－ppu內＝30 u－21.737u，令P差＝0，解得：u＝1.38m。具體計算如下：Ea1／（kN·m－1）＝20×1.7＝34，作用點距o點：ha1／m＝1／2×1.7＋8.9＋1.38＝11.13，Ea2／（kN· m－1）＝0.5×（45－20）×1.7＝21.25，作用點距o點：ha2／m＝1／3×1.7＋8.9＋1.38＝10.85，Ea3／（kN· m－1）＝0.5×103×8.9＝458.35，作用點距o點：ha3／m＝1／3×8.9＋1.38＝4.35。Ea4／（kN·m－1）＝0.5×103×1.38＝71.07，作用點距o點：ha4／m＝2／3 ×1.38＝0.92，此時支護體系受各力對o點求矩可得：

取：Rc／（kN·m－1）＝1.3×290＝377，由靜力平衡，求得o點的剪力：QO／（kN·m－1）＝34＋21.25＋458.35＋71.07－337－80－86＝41.67，采用等值梁法［3］，對下段等值梁o點至樁底段的o點求矩求得o點至樁底的距離：

t0／m＝1.38＋3.39＝4.77，故樁的最小入土深度為：t＝1.2t0＝1.2×4.77m＝5.72m，樁長為：10.6m＋5.72m＝16.32mm，取樁長為：16.4m。

2.1.2 支護結構的穩定性驗算［4］基坑外側主動土壓力：Ea1／（kN·m－1）＝20×1.7＝34，作用點距樁底的距離：ha1／m＝1／2×1.7＋14.7＝15.55，Ea2／（kN·m－1）＝0.5×25×1.7＝21.25，作用點距樁底的距離：ha2／m＝1／3×1.7＋14.7＝15.27，Ea3／（kN· m－1）＝0.5×170×14.7＝1248.5，作用點距樁底的距離：ha3／m＝1／3×14.7＝4.9，基坑內側被動土壓力。土壓力矩形部分：Ep1／（kN·m－1）＝73×5.8＝423.4，作用點距樁底的距離：hp1＝1／2×5.8＝2.9m，土壓力三角形部分：Ep2／（kN·m－1）＝1／2×（266－73）×5.8＝560，作用點距樁底的距離：hp2／m＝1／3 ×5.8＝1.93，根據《建筑基坑支護技術規程》［5］4.2.2則本設計段：滿足要求。

2.1.3 錨桿的設計計算 土壓力零點位置在坑底下1.38m處，三層錨桿，單根錨桿與水平面的傾角為15°，水平間距1.4m，樁長范圍內土體的內摩擦角加權平均值φ／°＝（1.3×4＋15.1×15）÷16.4＝14.1。

第一層錨桿長度由計算公式可得：

1）自由段長度

取Lf＝8.0m。

2）錨固段長度

錨固體直徑d取150mm計算，土體與錨固體間極限摩阻力的標準值取qsk＝50kPa，錨桿水平間距1.4m，錨桿水平抗力：Td／kN＝1.25γ0R×2.2＝1.25×1.1×80×1.4＝154，錨固段長度為：La／m＝取La＝9 m，總長度為：L＝La＋Lf＝8m＋9m＝17m。

3）預應力筋截面面積

采用3S15.2鋼絞線，預應力強度標準值fptk＝1860N／mm2，取安全系數1.3，則預應力筋截面面積為：

工程采用3S15.2鋼絞線，A＝544mm2，滿足要求。

第二層錨桿長度確定：

1）自由段長度，

取Lf＝5.0m。

2）確定錨固段長度

錨固體直徑d按150mm計算，土體與錨固體間極限摩阻力的標準值取qsk＝50kPa，錨桿水平間距1.4m，錨桿的水平抗力：

錨固段長度為?

取La＝10m，總長度為：L＝La＋Lf＝10m＋5m＝15m。

3）預應力筋截面面積

上同第一層錨桿，則預應力筋截面面積為：

工程中采用3S15.2鋼絞線，A＝544mm2，滿足要求。

第三層錨桿長度計算：

1）自由段長度

根據規范Lf≥5.0m，取Lf＝5.0m。

2）錨固段長度

錨固體直徑d按150mm計算，土體與錨固體間極限摩阻力的標準值取qsk＝50kPa，錨桿水平間距1.4m，錨桿的水平抗力

錨固段長度為

取La＝10m，總長度為：L＝La＋Lf＝8m＋5m＝13m。

3）預應力筋截面面積確定

上同第一層錨桿，則預應力筋截面面積為：

工程中采用3S15.2鋼絞線，A＝544mm2，滿足要求。

2.2 天漢軟件支護結構計算

樁排結構設計參數：間距1.4m，直徑1.0m，最小計算樁長12.5m，嵌入深度1.9m，樁身彎矩設計值513kN／m；撐錨設計參數：錨桿1軸向拉力設計值＝48kN／根，錨桿2軸向拉力設計值＝241kN／根，錨桿3軸向拉力設計值＝339kN／根；采用安全等級為一級，天漢軟件運行后，STU段支護結構極限平衡法計算結果圖見圖3、STU段支護結構設計圖見圖4。

圖3 STU段支護結構極限平衡法計算結果圖

圖4 STU段支護結構設計圖

3 小結

STU每段土壓力計算中，考慮地面附加荷載及周邊建筑荷載，繪制計算簡圖；采用等值梁法計算支護樁長度及水平支撐力；根據水平支撐力計算出錨桿長度，進行錨桿設計；對嵌固深度進行了穩定性驗算，應用天漢軟件作了支護結構土壓力、內力計算，對基坑抗隆起穩定性進行了驗算；通過分析對比得出結論如下：

1）STU段支護樁設計過程中，分別采用手工與天漢軟件對土壓力、樁長進行計算，對嵌固深度的穩定性驗算，兩者結果相近；

2）錨桿設計過程中，分別采用手工與天漢軟件對錨桿承載力及整體穩定性進行驗算，結果顯示天漢軟件計算得到的錨桿長度大于手工計算；

手工計算過程清晰，工作量大；天漢軟件計算便捷，需要對各種參數取值考慮到位；

在基坑支護結構設計時，優先采用軟件計算，選取局部段進行手工計算核實，基坑支護設計更加快速、安全。

［1］ 趙志縉，應惠清，簡明深基坑工程設計施工手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2000：4.

［2］ 楊生彬，王曉義，朱艷艷.北京市某基坑支護實錄［J］.巖土力學與工程學報，2007，26（增2）：4471－4476.

［3］ 李鐘旭，王鋼城，李廣杰，等.基坑支護等值梁法的程序設計及其實現算法［J］.世界地質，2004（1）：1004－5589.

［4］ 陳燦壽，張尚根，余有山.深基坑支護結構變形計算［J］.巖石力學與工程力學，2004，23（12）：2065－2068.

［5］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑基坑支護技術規程JGJ120－2012［EB／OL］（2012－12－12）［2016－04－10］http：／／www.docin.com／p－527974114.html.

The Comparative Analysis of Manual Design and Tianhan Software Design in Foundation Pit Supporting Structure

YAN Xuening，ZHANG Shixuan，WANG Cuiying
（School of Civil Engineering，Architecture and Environment，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China）

Manual and Tianhan software is used to calculate and design super deep foundation pit supporting structure in Huangshi city MALL，which include earth pressure calculation，anchor force calculation，length calculation，and so on.Using the software design Deep foundation pit supporting structure is preferred，and then local stage is selected for manual verification，which can made the design of foundation pit support more rapid，more reliable and more safe.

deep excavation；Tianhan software；supporting design

TU470.3

A

1003－4684（2017）04－0115－04

［責任編校：張巖芳］

2016－04－21

嚴學寧（1991－），男，湖北武漢人，湖北工業大學碩士研究生，研究方向為巖土工程