葉愛麗

（福建省建筑科學(xué)研究院巖土與地下工程研究所 福州 350025）

環(huán)形支撐體系在深基坑開挖過程中的三維承載特性分析

葉愛麗

（福建省建筑科學(xué)研究院巖土與地下工程研究所 福州 350025）

圓環(huán)內(nèi)支撐憑借其優(yōu)良的后序施工空間與合理的受力特點，被越來越多的工程采用。然而，圓環(huán)內(nèi)支撐體系是一種復(fù)雜的基坑組合支護(hù)形式，其影響因素眾多，目前與工程結(jié)合的研究仍相對較少。本文基于工程實例，建立了三維數(shù)值模型，分析了施工過程中環(huán)形支撐體系與圍護(hù)樁的三維承載特性和變形特征。通過與監(jiān)測結(jié)果對比，肯定了本文研究結(jié)果的正確性和環(huán)形支撐設(shè)計的可靠性。對于深基坑支撐體系方面的研究具有重要的參考價值。

內(nèi)支撐；深基坑；三維

引言

基坑支撐的布置有多種形式，其中對撐具有支撐體系形成快、受力明確、施工難度較低、靈活方便等優(yōu)勢。但這種布置形式支撐間距往往較小，基坑開挖深度深，特別是主體結(jié)構(gòu)為超高層時，支撐桿件往往難以避讓塔樓核心筒，影響主體結(jié)構(gòu)施工。而圓形支撐布置形式的最大優(yōu)勢便是在基坑內(nèi)部可以形成大的敞開空間，方便基坑挖土，結(jié)合盆式開挖，便于先行進(jìn)行塔樓核心筒的施工[1]。

圓環(huán)內(nèi)支撐體系是一種復(fù)雜的基坑內(nèi)支撐形式，其影響因素眾多，受力機(jī)理復(fù)雜。在環(huán)形支撐的設(shè)計方面，程杰林[2]肯定了環(huán)形支撐對土方開挖、回避塔樓、節(jié)省支護(hù)空間的積極作用，并詳細(xì)介紹和推薦了一種多層多重大直徑圓環(huán)內(nèi)支撐在大面積超深基坑工程中的應(yīng)用問題。在數(shù)值分析方面，王建華等[3]等將圍護(hù)結(jié)構(gòu)離散成三維桿（梁）單元，通過建立樁與支撐系統(tǒng)的整體模型來分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力與變形。蔣波[4]通過對程序計算結(jié)果的對比分析，詳細(xì)計算分析了環(huán)形梁尺寸以及開挖順序?qū)拥氖芰妥冃蔚挠绊?。上述研究表明，在特殊形狀、支護(hù)空間有限、對坑內(nèi)空間要求較高的基坑中，環(huán)形支撐體系不失為一種有效支撐形式。然而，盡管前人對環(huán)形支撐體系的研究已經(jīng)展開，但是目前與工程結(jié)合從三維角度分析的研究還相對較少。本文基于工程實例，建立了三維數(shù)值模型，分析了施工過程中環(huán)形支撐體系與圍護(hù)樁的三維承載特性和變形特征，通過與監(jiān)測結(jié)果對比，肯定了本文研究結(jié)果的正確性和環(huán)形支撐設(shè)計的可靠性。對于深基坑支撐體系方面的研究具有重要的參考價值。

1 工程概況

擬建某大廈位于福州市金融中心，設(shè)三層地下室?，F(xiàn)地面場地標(biāo)高約-1.80，地下室承臺面標(biāo)高為-13.90，基坑開挖深度約14.0m，周長500m。

圖1為基坑平面圖。由于場地周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑四周空間有限，開挖深度較大，同時規(guī)避基坑中的塔樓（圖1），留下充裕的主體施工空間，基坑采用環(huán)形支撐體系?；又ёo(hù)型式為：SMW工法樁+兩道鋼筋混凝土支撐，其中工法樁為φ850@600三軸水泥攪拌樁內(nèi)插HN700×300型鋼樁。由于基坑底部局部場地位于淤泥質(zhì)土層，坑底采用水泥攪拌樁固化。其中冠梁尺寸為1300× 800，腰梁為1300×1000，弧梁為1200×800、1750×1000，主梁分別為800×800、700×700和1100×1000，次梁分別為600×600和700×700。支撐平面和剖面設(shè)計圖如圖2～3所示。

圖1 基坑平面圖

圖2 基坑支撐平面圖

圖3 剖面設(shè)計圖

根據(jù)地勘資料，該項目地質(zhì)條件如表1所示。

表1 基坑支護(hù)范圍內(nèi)土體物理力學(xué)指標(biāo)

2 數(shù)值模型

圖4和圖5分別為數(shù)值模型圖和開挖到坑底時的現(xiàn)場施工圖。數(shù)值模型較好的反映了實際情況。

圖4 數(shù)值模型圖

圖5 施工過程中的現(xiàn)場施工圖

3 計算結(jié)果與分析

由于施工過程中支撐的內(nèi)力分布相差不大，這里僅列出開挖到坑底時的支撐軸力（圖6）。結(jié)果表明，弧梁的軸力要遠(yuǎn)高于對撐、角撐和圈梁。兩道支撐的弧梁軸力分別為7622kN和21000kN，第二道支撐弧梁受力約為第一道支撐的3倍，這是由于基坑深度增加主動土壓力也隨之增大的緣故。

圖6 開挖到坑底時的支撐軸力圖

圖7為施工過程中某剖面的深層位移計算結(jié)果和監(jiān)測結(jié)果曲線圖。限于篇幅，此處僅列出單個剖面的結(jié)果，但由于支撐布置合理，基坑周邊變形具有較好的一致性，該結(jié)果不失代表性。結(jié)果表明，計算結(jié)果較好的吻合了監(jiān)測數(shù)據(jù)。兩者均表明，隨基坑開挖的進(jìn)行，樁的側(cè)向位移逐漸增大。基坑開挖到坑底時深層水平位移最大值計算為37.8mm，實測值為32.4mm。

圖7 支護(hù)樁位移圖

4 結(jié)論

深基坑環(huán)撐組合支護(hù)結(jié)構(gòu)是個復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)體系，其承載受力具有鮮明的三維特征。結(jié)合三維計算結(jié)果和監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論：

（1）變形計算結(jié)果和邊坡監(jiān)測結(jié)果較吻合，表明數(shù)值結(jié)果是可靠的，可以較好的反映實際現(xiàn)場規(guī)律。

（2）計算和監(jiān)測結(jié)果顯示，地表側(cè)向變形為12mm，深層水平位移為37.8mm。結(jié)果表明，環(huán)形支撐較好的抵抗了開挖引起的主動土壓力，基坑變形得到了有效控制。

（3）圓環(huán)支撐體系的圍壓會隨著基坑開挖深度的加深而增大。在該工程中第二道支撐弧梁受力約為第一道支撐弧梁的3倍。

（4）在內(nèi)支撐支護(hù)型式中，圍護(hù)樁的剛度及基坑坡頂周邊荷載對基坑變形有一定的影響。

致謝：本文研究由福建省建設(shè)科技研究開發(fā)項目（2012K15）、福建省科技計劃項目（2014Y0016）、福建省科技重點支助項目（2012Y0101）（2014Y0101）資助，在此表示衷心感謝。

[1]金國龍，黃春美.圓環(huán)形支撐基坑支護(hù)體系設(shè)計分析.地下空間與工程學(xué)報，2013，9（Supp.1）：1694～1700.

[2]程杰林，etal.多重大直徑同心環(huán)形支撐在超深基坑工程中的應(yīng)用.巖土工程學(xué)報，2014，36（Supp.1）：122～126.

[3]王建華，范巍.空間m法在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用.巖土工程學(xué)報，2006，28（Supp.）：1332～1335.

[4]蔣波，樓東浩，and郭.躍.環(huán)形支撐體系在深基坑工程的應(yīng)用與研究.巖土工程學(xué)報，2012，34（Supp.）：427～431.

TU473.2

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1673-0038（2015）35-0088-02

2015-8-15