摘 要：為了給后期復(fù)雜深基坑組合支護(hù)設(shè)計(jì)提供一些參考，本文利用案例分析法，以一個(gè)復(fù)雜深基坑工程為研究對(duì)象，闡述了復(fù)雜深基坑的基本情況，并從復(fù)雜深基坑設(shè)計(jì)著手分析了復(fù)雜深基坑組合支護(hù)設(shè)計(jì)方案，最后對(duì)復(fù)雜深基坑組合支護(hù)實(shí)踐穩(wěn)定性進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)算。結(jié)果顯示，灌砂鋼管樁-3道環(huán)形內(nèi)支撐組合支護(hù)、灌砂鋼管樁－環(huán)形內(nèi)支撐－錨索組合支護(hù)內(nèi)力與支護(hù)體位移均達(dá)標(biāo)。表明復(fù)雜深基坑組合支護(hù)具有較大的應(yīng)用價(jià)值，能確保復(fù)雜深基坑工程施工過(guò)程的安全和穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜深基坑；組合支護(hù)；階梯式灌砂鋼管樁

中圖分類(lèi)號(hào)：TU 473" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在城市地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，深基坑工程不斷涌現(xiàn)。多數(shù)深基坑工程周邊環(huán)境異常復(fù)雜，如毗鄰地鐵隧道、深厚軟土地區(qū)等，為深基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。組合支護(hù)是確保復(fù)雜深基坑工程質(zhì)量的有效手段之一[1]。因此，探究復(fù)雜深基坑工程組合支護(hù)設(shè)計(jì)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 復(fù)雜深基坑介紹

一復(fù)雜深基坑總面積為22020m2，總延長(zhǎng)為580m，開(kāi)挖深度為7.2m～21.2m?；影踩燃?jí)原設(shè)計(jì)為三級(jí)，坑外地表最大沉降為0.0396m～0.0561m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)位移為0.0504m～0.0714m。

基坑西側(cè)下口線距離西側(cè)圍墻最近為3.6m，圍墻外側(cè)為水泥道路，可供基坑支護(hù)機(jī)械站位空間狹?。粬|側(cè)開(kāi)挖線距離道路18.2m；北側(cè)為6層商場(chǎng)，距離基坑開(kāi)挖線8.5m；東南側(cè)緊密毗鄰商城，商城下密布消防管道、電信電纜和煤氣管道，與管樁間距離為3.2m～4.6m；西南側(cè)毗鄰低層建筑，周邊建筑距離基坑14.2m左右，缺乏放坡條件，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力要求較高。復(fù)雜深基坑工程所在地層結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

由表1可知，深基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)存在軟弱淤泥質(zhì)土，土層穩(wěn)定性不佳。而且深基坑處于亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，降水深度較深，年均降雨量為950mm。同時(shí)場(chǎng)地賦存第四系松散堆積層孔隙性潛水、白堊系泥巖層風(fēng)化構(gòu)造裂隙水，基坑地下水位為-2.6m～-1.8m，作業(yè)難度較大。

2 復(fù)雜深基坑設(shè)計(jì)中的組合支護(hù)方案

2.1 總體方案

根據(jù)復(fù)雜深基坑所處場(chǎng)地地質(zhì)水文條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件以及施工條件，可選擇樁-錨-撐聯(lián)合支護(hù)形式[2]?；又ёo(hù)劃分為南、北2個(gè)部分，基坑周邊選擇階梯式灌砂鋼管樁混凝土護(hù)壁支護(hù)；北區(qū)采用一道鋼筋混凝土環(huán)形內(nèi)支撐+4道錨索；南區(qū)采用3道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。

當(dāng)階梯式灌砂鋼管樁順時(shí)針作業(yè)至拐角位置時(shí)，由于拐角基坑與周邊建筑物距離較近，而且階梯式灌砂鋼管樁作業(yè)機(jī)械較龐大，導(dǎo)致深基坑拐角位置出現(xiàn)階梯式灌砂鋼管樁無(wú)法正常施作的情況。針對(duì)上述情況，并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求和現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果，提前調(diào)整階梯式灌砂鋼管樁設(shè)計(jì)圖紙，即將階梯式灌砂鋼管樁施作機(jī)械超東提前旋轉(zhuǎn)為超南，拐角位置施工幅數(shù)增加位置為基坑?xùn)|側(cè)靠南，深基坑內(nèi)壁齊平向西延伸增加作業(yè)范疇。針對(duì)拐角位置相互毗鄰深基坑外側(cè)地下預(yù)埋管線的情況，拐角位置階梯式灌砂鋼管樁施工幅數(shù)增加位置為向深基坑內(nèi)側(cè)增加50cm、向外側(cè)增加48cm，促使階梯式灌砂鋼管樁向內(nèi)側(cè)、外側(cè)局部突出，規(guī)避拐角位置鋼管樁作業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)角不良問(wèn)題，為正式作業(yè)提供參考。

2.2 分段支護(hù)方案

根據(jù)深基坑開(kāi)挖面積大、開(kāi)挖深度大以及地層變化復(fù)雜的特點(diǎn)，結(jié)合不同支護(hù)對(duì)環(huán)境要求的差異，將整個(gè)基坑支護(hù)劃分為9段，具體如圖1所示。

各剖面階梯式灌砂鋼管樁采用DN100×6m、壁厚6mm鋼管，橫向密排456根，由外層向內(nèi)層分層圍護(hù)。外層鋼管樁壓樁完成，進(jìn)行內(nèi)側(cè)土體開(kāi)挖。完成內(nèi)側(cè)土體開(kāi)挖后，施作內(nèi)層鋼管樁[3-5]。然后在管樁內(nèi)側(cè)支設(shè)模板，進(jìn)行混凝土灌注，形成混凝土護(hù)壁。在混凝土護(hù)壁的基礎(chǔ)上向鋼管樁內(nèi)部灌砂，增加管樁剛度，形成階梯式支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高地下水深度較大位置的土體強(qiáng)度，確保后續(xù)深基坑上方施工安全。

第1道內(nèi)支撐和冠梁施作節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-0.85m，

由徑向撐、圓環(huán)撐、八字撐、對(duì)撐和連桿撐組成；第2道內(nèi)支撐和腰梁施作節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-8.72m，由角撐、邊桁架、八字撐、對(duì)撐和連桿組成；第3道內(nèi)支撐及腰梁施作節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-16.52m。然后開(kāi)挖至基坑底部，將內(nèi)支撐與腰梁、冠梁經(jīng)鋼筋混凝土進(jìn)行一體化澆筑，形成控制變形能力、剛度均較大的結(jié)構(gòu)體。由表2可知，第2道內(nèi)支撐和腰梁、第3道內(nèi)支撐和腰梁組成相似，均為1400mm×800mm對(duì)撐+1100mm×800mm角撐+1100mm×800mm邊桁架+1000mm×800mm八字撐。

2-2剖面、5-5剖面開(kāi)挖深度分別為18.9m、19.2m，4-4剖面、3-3剖面和6-6剖面開(kāi)挖深度均為21.2m（如圖2所示），各剖面均采用上部1道環(huán)形內(nèi)支撐+下部4道錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。其中第1道環(huán)形內(nèi)支撐和冠梁施作節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-0.85m；第1道錨索和腰梁開(kāi)挖節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-8.52m；第2道錨索和腰梁施作節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-11.9m；第3道錨索和腰梁開(kāi)挖節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-15.95m；第4道錨索和腰梁施作節(jié)點(diǎn)開(kāi)挖至-18.2m，然后開(kāi)挖至基坑底部。以2-2剖面為例，第1道錨索支護(hù)入射角度為25°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為12.5m，錨固段長(zhǎng)度為17.5m，錨索材料規(guī)格為4As15.2；第2道錨索支護(hù)入射角度為20°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為10.5m，錨固段長(zhǎng)度為17.5m，錨索材料規(guī)格為5As15.2；第3道錨索支護(hù)入射角度為15°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為8m，錨固段長(zhǎng)度為12.5m，錨索材料規(guī)格為5As15.2；第4道錨索支護(hù)入射角度為15°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為6.5m，錨固段長(zhǎng)度為9.5m，錨索材料規(guī)格為4As15.2。根據(jù)各剖面深基坑開(kāi)挖情況，合理設(shè)置第1道、第2道、第3道和第4道錨索支護(hù)入射角度、錨固體直徑、自由段長(zhǎng)度、錨固段長(zhǎng)度以及錨索材料規(guī)格。

3 復(fù)雜深基坑設(shè)計(jì)中的組合支護(hù)實(shí)踐驗(yàn)算

3.1 典型剖面整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

在理正深基坑7.5pb3軟件內(nèi)，計(jì)算階梯式灌砂鋼管樁+3道內(nèi)支撐下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面。以位于3道內(nèi)支撐區(qū)域的剖面為例，階梯式灌砂鋼管樁鋼管支撐材料為Q235，采用坡口全焊透連接，支護(hù)腰梁尺寸為1.3m×0.8m，冠梁尺寸為1.3m×0.7m。借助瑞典分條法，不勾選核算深基坑地層考慮孔隙水壓力，自動(dòng)計(jì)算各層開(kāi)挖后位移和內(nèi)力，如公式（1）所示。

（1）

式中：Ksi為第i個(gè)圓弧滑動(dòng)體的抗滑力矩、滑動(dòng)力矩的比值，可經(jīng)不同圓心和半徑全部潛在滑動(dòng)圓弧搜索判定，應(yīng)大于等于規(guī)定安全等級(jí)的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)，安全等級(jí)為三級(jí)的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全系數(shù)應(yīng)超出1.25；cj為第j土條滑動(dòng)圓弧面土體黏聚力，kPa；Lj為第j土條滑動(dòng)圓弧長(zhǎng)度，m；qj為第j土條附加分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；bj為第j土條寬度，m；△Gj為第j土條自重（按天然重度計(jì)算），kN；Oj為第j土條滑動(dòng)圓弧面位置法線、垂直面夾角，°；uj為第j土條滑動(dòng)圓弧面水壓力，kPa；Wj為第j土條滑動(dòng)圓弧面內(nèi)摩擦角，°。

其中，滑動(dòng)圓弧面處于地下水位以上或地下水位以下黏性土?xí)r，uj為0，如果為碎石土、沙土和砂質(zhì)粉土，就取地下水重度與基坑外側(cè)（或內(nèi)側(cè)）第j土條滑動(dòng)圓弧面中點(diǎn)的壓力水頭。

以5-5剖面為研究對(duì)象。5-5剖面第1道錨索支護(hù)入射角度為25°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為12.5m，錨固段長(zhǎng)度為13.5m，錨索材料規(guī)格為4As15.2；第2道錨索支護(hù)入射角度為20°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為10.5m，錨固段長(zhǎng)度為10m，錨索材料規(guī)格為4As15.2；第3道錨索支護(hù)入射角度為15°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為8m，錨固段長(zhǎng)度為10.5m，錨索材料規(guī)格為4As15.2；第4道錨索支護(hù)入射角度為15°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為6.5m，錨固段長(zhǎng)度為9.5m，錨索材料規(guī)格為4As15.2。所得結(jié)果見(jiàn)表2。

由表3可知，第1道環(huán)形內(nèi)支撐承受較大壓力，角撐與對(duì)撐內(nèi)側(cè)受力較大；第2道、第3道內(nèi)支撐受開(kāi)挖深度影響較大，下道支撐受力明顯超出上道支撐受力。在開(kāi)挖深度不斷加大的進(jìn)程中，土體持續(xù)卸除荷載，復(fù)雜深基坑開(kāi)挖后位移顯著增加。與此同時(shí)，內(nèi)支撐受力逐步增加，在內(nèi)支撐位置位移明顯減少，表明內(nèi)支撐發(fā)揮了支點(diǎn)作用，將復(fù)雜深基坑位移控制在規(guī)定限度內(nèi)。

利用同樣方法，以1-1剖面為研究對(duì)象，計(jì)算階梯式灌砂鋼管樁+1道環(huán)形內(nèi)支撐+4道錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移，所得結(jié)果見(jiàn)表3。

由表4可知，一層環(huán)形內(nèi)支撐整體呈受壓狀態(tài)，最大受力位于環(huán)形內(nèi)支撐位置，整個(gè)環(huán)形內(nèi)支撐承受較大壓力。在整個(gè)過(guò)程中，內(nèi)支撐受力隨開(kāi)挖深度的增加而增加，開(kāi)挖至第4層面，內(nèi)支撐受力為最大值144.56kN/m。中間設(shè)置錨索受力持續(xù)增加，最大為基坑底部，即1625.35kN/m。支護(hù)結(jié)構(gòu)位移隨開(kāi)挖深度增加而靈活變換，最大位移值為28.69mm，處于設(shè)計(jì)位移限度內(nèi)且剖面整體穩(wěn)定性滿足要求。

3.2 抗傾覆與抗隆起驗(yàn)算

在同濟(jì)啟明星BSC5.0軟件內(nèi)，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120—2012）關(guān)于坑底為軟土?xí)r的抗隆起驗(yàn)算規(guī)定，以最下層支點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的圓弧滑動(dòng)模式，假定破壞面為經(jīng)樁底的圓弧形，根據(jù)力矩平衡條件進(jìn)行各剖面分析。分析前輸入各剖面第1道錨索、第2道錨索、第3道錨索和第4道錨索的支護(hù)入射角度、錨固體直徑、自由段長(zhǎng)度、錨固段長(zhǎng)度以及錨索材料規(guī)格，各道錨索支護(hù)參數(shù)具有一定差異。例如，4-4剖面第2道支護(hù)入射角度為20°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為9.5m，錨固段長(zhǎng)度為10.5m，錨索材料規(guī)格為4As15.2；第3道錨索支護(hù)入射角度為15°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為7.5m，錨固段長(zhǎng)度為10m，錨索材料規(guī)格為4As15.2；第4道錨索支護(hù)入射角度為15°，錨固體直徑為150mm，自由段長(zhǎng)度為5.5m，錨固段長(zhǎng)度為8.5m，錨索材料規(guī)格為4As15.2。代入上述數(shù)據(jù)，假定案述復(fù)雜深基坑力矩平衡轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)位于最下道支撐位置，則在階梯式灌砂鋼管樁+1道環(huán)形內(nèi)支撐+4道錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)中，最大正彎矩為2488.17kN·m/根，最大負(fù)彎矩為-2113.62kN·m/根，最大位移為28.69mm，最大正剪力為706.26kN/根，最大負(fù)剪力為-992.63kN/根。表明抗傾覆與抗隆起效果突出。

在灌砂鋼管樁-3道環(huán)形內(nèi)支撐組合支護(hù)中，最大正彎矩為1069.25kN·m/根，最大負(fù)彎矩為-969.25kN·m/根，最大位移為28.32mm，最大正剪力為489.25kN/根，最大負(fù)剪力為-516.25kN/根。表明抗傾覆與抗隆起性能良好。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，復(fù)雜深基坑具有開(kāi)挖深度大、所處地理位置特殊、周邊環(huán)境復(fù)雜以及分布軟弱土體等特點(diǎn)。因此，復(fù)雜深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)人員應(yīng)系統(tǒng)考慮場(chǎng)地環(huán)境條件、地質(zhì)條件、施工條件、技術(shù)條件以及經(jīng)濟(jì)條件，選擇恰當(dāng)?shù)慕M合支護(hù)方案。根據(jù)組合支護(hù)形式實(shí)踐情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保復(fù)雜深基坑組合支護(hù)安全。

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