戴習(xí)東

(湖南省第三工程有限公司，湖南 湘潭 411100)

深基坑樁(墻)錨桿支護結(jié)構(gòu)體系是由若干個護坡樁組成的排樁擋土體系和若干個錨桿組成的支撐體系所構(gòu)成的，是一種柔性支護結(jié)構(gòu)，如何考慮結(jié)構(gòu)的變形和采用信息化施工，是需要研究和解決的重要問題［1］。盡管樁(墻)錨桿支護結(jié)構(gòu)屬臨時設(shè)施，但地區(qū)不同，土質(zhì)不同，支護結(jié)構(gòu)體系不同，施工程序不同以及設(shè)計方法不同，對深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工以及工程造價有較大的影響。因此，加強對深基坑工程的信息化施工［2］，對提高基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工水平，確保安全，具有重大的現(xiàn)實意義。

1 理論依據(jù)

深基坑樁(墻)錨桿支護結(jié)構(gòu)施工中的內(nèi)力和變形分析采用彈性桿系有限元法［3］，其計算模型單元的劃分如下:

基坑底面以上劃分為N1個單元，基坑底面以下劃分為N2個單位，單元個數(shù)可由計算精度來確定?；拥酌嬉陨贤翂毫?主動土壓力)作為作用在支護結(jié)構(gòu)上的荷載;基坑底面以下土壓力(被動土壓力)用彈簧力代替［4］。

對于結(jié)構(gòu)上任一單元上:{F}e={K}e{δ}e。式中:{F}e為單元節(jié)點力;{δ}e為單元節(jié)點位移;{K}e為單元剛度矩陣。

對于梁單元:

根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件可將單位剛度矩陣{K}e集合為總剛度矩陣 {K};根據(jù)受力平衡條件則有{K}={K}{δ}。{δ}為位移矩陣;{K}為荷載矩陣。

可以計算出支護結(jié)構(gòu)在不同施工階段的內(nèi)力［5］，并為支護結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可靠的依據(jù)。

2 實例分析

東一國際商業(yè)廣場設(shè)計為地上29層，地下5層，總建筑面積104624 m2，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系，基坑深度為16.20 m至21.70 m，建筑總高度為99.4 m?，F(xiàn)場場地狹小，且位于市區(qū)交通中心地帶，又由于某特殊原因使基坑在施工過程中不能有土體放坡。在考慮各方因素后，該工程采用人工挖孔護壁樁支護［6］，并在樁中部設(shè)型鋼腰梁加錨桿支護。

根據(jù)該工程勘查報告，場地地質(zhì)條件:基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。在計算土層和巖層的側(cè)向土壓力時［7］，取基坑深16.20 m為例。其基坑地質(zhì)圖和具體參數(shù)指標，如圖1所示。

2.1 內(nèi)力及變形分析

通過圖1所示參數(shù)輸入程序(ZMZX)，其計算過程如下。

2.1.1 受力分析

由于基坑采用土體注漿法使整體穩(wěn)固性增強，故將－6.1 m以上的土體看作一整體，即把地面10 kN/m2超載、1.8 m 人工填土、3.83 m 粉質(zhì)粘土層的作用視為加載在－6.1 m處的均布荷載。

圖1 基坑地質(zhì)圖Fig.1 The geology of foundation pit

該均布荷載為:q=q0+γ1h1+γ2(h2－0.27)=117.09 kN/m2。其主動土壓力計算結(jié)果，如表1所示。

2.1.2 支護樁選型

選用樁徑為1400 mm，水平間距為2500 mm，采用C35混凝土，HRB400級鋼筋，主筋凈保護層取 50 mm［7］，并從 －6.50 m 和 －10.50 m 處設(shè)二道錨桿，每2根護坡樁中部與水平角10°打入2 Φ 28，HRB400鋼筋錨桿，形成樁(墻)錨桿支護結(jié)構(gòu)體系。

表1 主動土壓力計算表Table 1 Computation table of active earth pressures

2.1.3 計算模型

首先將護坡樁進行離散。根據(jù)內(nèi)力平衡和變形協(xié)調(diào)條件進行整合，其樁前被動土壓力則用等同彈簧力代替，兩者計算單元均被細化為圖2所示。

圖2 計算模型Fig.2 Computation model

將以上設(shè)計初步參數(shù)輸入上述有限元程序［8－9］，得截面最大彎矩出現(xiàn)在 －12 m 處。

鑒于截面彎矩值很大，除沿樁截面周邊均勻配置縱向鋼筋外，在受拉區(qū)根據(jù)彎矩大小適當增配縱向鋼筋，將其彎矩變形與朗肯土壓力理論法比較，如圖3所示。

2.2 信息化施工分析

信息化施工是指在深基坑支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境中，采用監(jiān)測方法實時收集監(jiān)測數(shù)據(jù)加以分析，根據(jù)信息分析結(jié)果對原設(shè)計和施工方案進行調(diào)整、優(yōu)化和反饋，做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用的一種施工方法。圖4所示為深基坑支護的信息化施工工程監(jiān)測圖。

圖3 受力與變形對比圖Fig.3 Comparison between force and deflection

圖4 工程監(jiān)測圖Fig.4 Ichnography of construction monitoring

2.2.1 監(jiān)測內(nèi)容與方法

監(jiān)測內(nèi)容與方法如表2所示。

2.2.2 信息分析與處理

辦公樓靠近基坑西側(cè)，距邊坡距離僅3.50 m，構(gòu)成了深基坑支護信息化施工中的難題。在施工方案中，對于基坑西側(cè)邊坡采用“護坡樁+錨桿+雙液注漿”(邊坡－6.0 m以上)。通過監(jiān)測信息采集，掌握了基坑邊坡變形發(fā)生和發(fā)展主要受土方開挖深度的影響和控制。信息分析表明，因第1排錨桿設(shè)置較低(－6.50 m)，土方開挖至－10 m時，護坡樁呈懸臂狀態(tài)，此時基坑邊位移監(jiān)測顯示，樁頂水平位移陡增。在處理對策中，立即進行第2次張拉，當錨桿張拉鎖定后，變形即被控制。其次，根據(jù)理論分析:護坡樁最大彎矩在－12.0 m處，因此在－10.5 m處設(shè)置第2排錨桿，第1次張拉后又進行了第2次張拉，適應(yīng)了受力分析要求。通過信息分析處理和及時反饋，取得了良好的效果。

表2 主要監(jiān)測內(nèi)容與方法Table 2 Primary monitoring contents and methods

3 結(jié)論

(1)為適應(yīng)信息化施工的需要，在深基坑樁(墻)錨桿支護結(jié)構(gòu)施工中通過對支護結(jié)構(gòu)、基坑周邊環(huán)境、以及土質(zhì)性狀施工影響而引起變化的監(jiān)測，采用彈性桿系有限元分析所選用的參數(shù)較準確，計算結(jié)果(彎矩和樁體變形)比較，與實測數(shù)據(jù)吻合較好。

(2)同時，護坡樁最大水平位移完全滿足變形控制的要求。特別是東一國際商業(yè)廣場深基坑周圍有建(構(gòu))筑物、道路和管線，采用信息化施工，通過監(jiān)測信息采集、信息分析處理、信息反饋和視頻監(jiān)控技術(shù)，為實現(xiàn)遠距離施工現(xiàn)場的作業(yè)面展現(xiàn)、控制與決策提供了科學(xué)依據(jù)。

［1］高大釗.深基坑工程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003.GAO Da-zhao.Deep foundation pit engineering［M］.Beijing:China Machine Press，2003.

［2］劉興旺，施祖元，益德清，等.基坑支護結(jié)構(gòu)全過程內(nèi)力及變形分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，1998，19(5):58 －64.LIU Xing-wang，SHI Zu-yuan，YI De-qing，et al.Moment and deformation analysis of retaining structure of foundation pit in whole process of construction［J］.Journal of Building Structures，1998，19(5):58 －64.

［3］高文華，沈蒲生，楊林德.深基坑支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形時空效應(yīng)分析的程序?qū)崿F(xiàn)［J］.土木工程學(xué)報，2003，36(2):86－90.GAO Wen-hua，SHEN Pu-sheng，YANG Lin-de.A pro-gram for internal force and deformation of retaining structure in deep excavation considering time－space effect［J］.China Civil Engineering Journal，2003，36(2):86－90.

［4］葉新平.基于桿系有限元在深基樁支護中的應(yīng)用研究［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2008，5(4):55 －58.YE Xin-ping.Application of deep foundation pit support technology based on finite element method［J］.Journal of Railway Science and Engineering，2008，5(4):55 －58.

［5］秦四清.深基坑支護優(yōu)化設(shè)計［M］.北京:地震出版社，1998.QIN Si-qing.Optimize design of deep foundation pit［M］.Beijing:Earthquake Press，1998.

［6］趙志縉.高層建筑基礎(chǔ)施工［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.ZHAO Zhi-jin.Foundation construction in high building［M］.Beijing:China Construction Industry Press，1998.

［7］楊生貴，楊 斌.圓形截面鋼筋混凝土樁正截面受彎承載力計算［J］.建筑科學(xué)，2004，20(1):43－47.YANG Sheng-gui，YANG Bin.Calculation on bending capacity of normal round－section in R.C.pile［J］.Building Science，2004，20(1):43 －47.

［8］中華人民共和國建設(shè)部.建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ 120—99)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.Ministry of Housing and Urban－Rural Development of the People’s Republic of China.Building foundation pit supporting tech nical procedures(JGJ 120—99)［S］.Beijing:China Construction Industry Press，1999.

［9］黃 強.深基坑支護工程設(shè)計技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995.HUANG Qiang.Deep foundation pit retaining engineering design technology［M］.Beijing:China Construction Industry Press，1995.