環(huán)形支撐在交叉口基坑支護中的應用

王 爽

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335）

隨著社會的發(fā)展，基礎設施需求量更大，對城市空間的需求也越來越大，城市綜合管廊將各種管線集約在地下，可提高城市地下空間的利用率。基坑支護是城市綜合管廊建設的關鍵技術之一，對確保施工人員的安全以及減小對周邊環(huán)境的影響具有重要意義。

1 工程概況

江州大道和通江大道綜合管廊位于九江市柴桑區(qū)，江州大道綜合管廊位于江州大道南側，通江大道綜合管廊位于通江大道東側，均緊鄰現道路，兩條道路交叉口處基坑深10.5 m。

勘探深度25.7 m內，孔口高程34.06 m，據鉆探揭露，場地地層按其巖性及其工程特性，鉆孔ZK40自上而下依次劃分為①1素填土、④粉質粘土，見表1。

表1 主要物理力學指標建議值

2 水文地質條件

勘探深度內，勘察場地地下水主要可分為上層滯水及碳酸鹽巖溶洞裂隙水兩種類型。

上層滯水：主要接受大氣降水的垂直入滲補給，向低洼地段及蒸發(fā)排泄，水位及水量季節(jié)性變化影響大，強降雨或持續(xù)降雨后水位上升，無降水時水位下降，水位年變幅一般1 m～2 m左右。

碳酸鹽巖溶洞裂隙水：本區(qū)位于新塘向斜北東端轉折處，向斜南東翼灰?guī)r裸露面積大，地勢高，巖溶、洼地、漏斗等發(fā)育，構成新塘向斜地下水的補給區(qū)。

在建筑設計使用周期內，地下結構抗浮水位鄰近道路標高以下0.5 m。

3 基坑支護方案設計

3.1 支護方案選擇

基坑支護常見方案有排樁、地連墻、鋼板樁、SWM工法樁、放坡、土釘墻等。由于該交叉口位于道路范圍內，不可大范圍放坡；土釘墻支護結構剛度小、土體變形較大，對環(huán)境有較大影響；地連墻費用高；鋼板樁支護結構剛度相對較小，基坑施工對鄰近建筑與地下管線影響較大；SWM工法樁基坑深度不宜大于10 m。綜合分析，本文選用排樁+內支撐進行支護，支護結構剛度大，基坑施工對鄰近建筑與地下管線影響小，安全又經濟。

3.2 支護方案概述

3.2.1 支護樁設計

通江大道與江州大道交叉口處，基坑田地側與道路側等高，基坑深度10.5 m、寬24.37 m、長24.52 m。基坑圍護采用鉆孔灌注樁+兩道混凝土環(huán)形支撐圍護結構型式，支護樁參數見表2。

表2 支護樁參數

隔水帷幕采用雙軸水泥攪拌樁：樁徑700 mm，間距1 m，樁長15 m，樁頂高程-1.0 m（相對標高，地面為0.0 m，下同）。

3.2.2 支撐設計

為滿足規(guī)范對基坑樁體變形要求，基坑支護選用兩道混凝土支撐與環(huán)撐進行支護，兩道撐的標高分別為-1.4 m、-5.4 m，支撐截面尺寸見表3，環(huán)撐為直徑5 m的內切正八邊形。基坑圍護平面圖見圖1～圖2。

表3 支撐截面參數

圖1 第一道支撐平面圖

圖2 第二道支撐平面圖

3.2.3 超載設計

根據道路實際情況對基坑道路側施加荷載，荷載分布見表4。

表4 荷載分布

3.3 單元法結構計算分析

基坑開挖支護分三次開挖，超挖深度為0.5 m，最后一次開挖至坑底。工況信息見表5。

表5 開挖工況

3.3.1 位移沉降驗算

圖3～圖4為理正7.0 PB1單元計算的基坑開挖過程中的位移、剪力、彎矩的變化曲線。

圖3 內力位移包絡圖

圖4 地表沉降圖

實線為彈性地基梁法計算結果，虛線為經典法計算結果。由圖3～圖4可得：紅色線基本與中軸線重合，未考慮由于應力變化引起的土和樁體的變形，與實際情況不符；藍色線與實際情況較符合；由于采用了內支撐，考慮實際變形，沉降與拋物線法曲線吻合。

由《建筑工程技術規(guī)范》得出基坑道路側樁頂最大允許位移為18.9 mm，地面最大沉降為15.75 mm。根據上兩圖計算結果可知，樁頂最大為5.59 mm，地面最大沉降為6 mm，因此，沉降位移均滿足規(guī)范要求。3.3.2 整體穩(wěn)定性驗算

圖5 整體穩(wěn)定驗算簡圖（尺寸單位：m）

采用瑞典圓弧法求得整體穩(wěn)定系數Ks=6.162＞1.25（允許值）滿足要求。

3.3.3 抗傾覆穩(wěn)定性驗算

式中：Mp為被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定；Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

經計算，各工況下計算結果見表6。由表6可知，抗傾覆滿足規(guī)范要求。

表6 抗傾覆穩(wěn)定計算表

3.3.4 抗隆起驗算

圖6 抗隆起驗算簡圖（尺寸單位：m）

坑底抗隆起按以最下層支點為轉動軸心的圓弧條分法計算，計算公式見式（2），結果如下：

式中：ci、φi分別為第 j士條在滑弧面處士的黏聚力(kPa)、內摩擦角；1i為第 j土條的滑弧長度，m，取 1i=bj/cosθj；qj為第 j土條頂面上的豎向壓力標準值，kPa；bj為第j土條的寬度，m；θj為第j土條滑弧面中點處的法線與垂直面的夾角，°；ΔGj為第j條的自重，kN，按天然重度計算。

經計算，Ks=2.240≥2.200，坑底抗隆起穩(wěn)定性滿足。

綜上可知，由單元法對基坑支護方案進行計算，變形和受力均滿足規(guī)范要求，支護方案技術可行，經濟合理。

3.4 整體法結構計算分析

利用理正7.0PB1整體計算法進行有限元分析，將計算結果導入三維CAD進行處理，結果見圖7～圖9。3.4.1 整體位移分析

圖7 水平位移圖

由圖7可知：隨著樁體入土深度的增加，樁體位移先增大后減小；隨著開挖深度的增加，最大水平位移也隨著下移，且隨開挖深度的增加而增大，當基坑開挖至坑底時，水平位移達到最大，最大水平位移為4.23 mm。樁側土體有向基坑內側移動的趨勢。總體來說，隨著開挖深度的增加，樁體承受的土壓力逐漸增大，樁體位移也逐漸增大，但達到極限值后繼續(xù)開挖水平位移反而減小，這是由于樁體受到主動與被動土壓力綜合影響的結果。

3.4.2 樁體彎矩分析

圖8 樁身彎矩圖

由圖8可知：隨著樁體入土深度的增加，樁身彎矩呈S型分布；隨著開挖深度的增加，彎矩最大值也隨之下移，且隨開挖深度的增加而增大，最大值接近基坑底部出現，最大彎矩為246.1 kN·m。

3.4.3 內支撐彎矩分析

圖9 支撐彎矩圖

由圖9可知，對于兩端固結的支撐，支撐中間表現出下部受拉，兩端上部受拉，隨開挖深度的增加，支撐的彎矩隨之增大，但較單元法受力更為均勻，均在允許的范圍內，對樁體施加支撐改善了樁體的受力特性，滿足規(guī)范要求。

4 結論

基坑設計時，要根據實際工程選擇合理的支護方案，本文以九江市綜合管廊江州大道和通江大道交叉口為例，采用鉆孔灌注樁+環(huán)形支撐進行支護，并進行受力特性分析，結果表明：

（1）隨著開挖深度的增加，土體、樁體、支撐的位移與應力均呈現出非線性增長，在開挖至基坑底時，達到最大，但均在允許范圍內，滿足規(guī)范要求。

（2）鉆孔灌注樁+環(huán)形支撐的結構受力更為均勻，變形量較小，技術可行、經濟合理，可為今后基坑工程設計與施工提供參考。