馬 萍 (長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖北 荊州 434023)

深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析
——以荊州某商業(yè)服務(wù)中心地下室基坑工程為例

馬 萍 (長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖北 荊州 434023)

以荊州某商業(yè)服務(wù)中心地下室基坑工程為例，對該深基坑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。通過該深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)計(jì)算分析、SMW工法(Soil Mixing Wall，勁性水泥土攪拌樁法)介紹及對支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，獲得一些有益經(jīng)驗(yàn)，為當(dāng)?shù)氐纳罨庸こ痰耐茝V和應(yīng)用提供參考。

深基坑工程;SMW工法;支護(hù)；設(shè)計(jì)計(jì)算;內(nèi)力分析

隨著國民經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，地下空間的有效利用已經(jīng)逐漸成為城市發(fā)展考慮的問題，因而深基坑支護(hù)工程便逐漸成為了一個(gè)倍受關(guān)注的問題。深基坑的支護(hù)，不僅要保證基坑內(nèi)能正常安全作業(yè)，而且要防止基底及坑外土體過量移動(dòng)，確?；痈浇慕ㄖ?、道路、管線的正常運(yùn)行[1]。影響深基坑工程分析計(jì)算結(jié)果的因素很多，如土體非線性、土-支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用、固結(jié)、降水等。下面，筆者以荊州某商業(yè)服務(wù)中心地下室基坑工程為例，對該深基坑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

1 工程概況

圖1 基坑平面布置簡圖

基坑工程為荊州某商業(yè)服務(wù)中心地下室基坑部分?；哟笾鲁删匦畏植?，南北方向長87.5m，東西方向?qū)?7m，面積約4000m2。設(shè)計(jì)±0.00標(biāo)高為34.80m，場地地面標(biāo)高34.02～34.78m，基坑最深開挖深度為9.10m?；又ёo(hù)平面布置簡圖如圖1所示。

2 支護(hù)工況

根據(jù)工程特點(diǎn)及場地條件，該工程采用3種支護(hù)形式：①鉆孔灌注樁+SMW工法+鋼筋混凝土角撐；②SMW工法+鋼筋混凝土對撐體系；③復(fù)合噴錨支護(hù)體系，利用三軸攪拌樁和水泥土攪拌樁兼做隔水帷幕。

復(fù)合噴錨支護(hù)形式在本地區(qū)應(yīng)用比較廣泛且技術(shù)成熟，其特點(diǎn)是施工速度較快，支護(hù)效果好，對其他工序的干擾較少，比較經(jīng)濟(jì)。該工程難點(diǎn)在于在荊州特有的土層地質(zhì)條件下首次在深基坑支護(hù)工程中采用SMW工法+混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)形式。SMW工法即在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼或其他種類的受拉材料，形成勁形樁，兼具良好的抗彎、抗剪和防水性能，能較好地滿足基坑工程的技術(shù)要求。支護(hù)工況簡圖如圖2所示。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1土壓力計(jì)算模型及系數(shù)調(diào)整

土壓力計(jì)算采用郎肯土壓力理論[1]。結(jié)合工程的地質(zhì)條件，該土層上部采用水土合算，下部采用水土分算。計(jì)算采用彈性法計(jì)算，彈性法土壓力計(jì)算模型如圖3所示，系數(shù)調(diào)整如表1所示。

γ—土的重度；kN/m3；c—土的粘聚力，kPa；φ—內(nèi)摩擦角，(°)。

表1 系數(shù)調(diào)整結(jié)果

3.2支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度的確定

支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度，目前常采用極限平衡法計(jì)算確定。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的位移條件，在樁墻的相應(yīng)部位分別取主動(dòng)土壓力或被動(dòng)土壓力，形成靜力極限平衡的計(jì)算模型[2]。由極限平衡法計(jì)算得到該工程支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度為6.90m。

3.3內(nèi)力類型及型鋼驗(yàn)算

圖3 彈性法土壓力模型

該工程基坑內(nèi)力類型以及彈性法計(jì)算所得的內(nèi)力值如下：①基坑外側(cè)最大彎矩為655.95kN·m；②基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩為393.27kN·m；基坑最大剪力為13.66kN；基坑最大側(cè)壓力為116.83kPa。下面采用彈性法進(jìn)行型鋼驗(yàn)算。

1)型鋼截面承載力驗(yàn)算 基坑外側(cè)最大彎矩截面處距離墻頂 9.80m, 彎矩設(shè)計(jì)值M= 1.25×1.10×(1.00×655.95) = 901.93kN·m；基坑最大剪力截面處距離墻頂10.08m, 剪力設(shè)計(jì)值Q=1.25×1.10×(1.00×13.66)= 18.79kN。

2)型鋼截面局部承載力驗(yàn)算 基坑最大側(cè)壓力截面處距離墻頂 8.00m, 最大土壓力值為118.83kPa。

①型鋼與水泥土之間單位深度范圍內(nèi)的錯(cuò)動(dòng)剪力標(biāo)準(zhǔn)值：

Q1=η1×q×L1/2=0.60×118.83×0.30/2=10.69(kN·m)

式中，Q1為型鋼與水泥土墻之間單位深度范圍內(nèi)的錯(cuò)動(dòng)剪力標(biāo)準(zhǔn)值，kN·m；q為計(jì)算截面處作用的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；L1為型鋼翼緣之間的凈距，m；η1為剪力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

型鋼與水泥土之間的錯(cuò)動(dòng)抗剪驗(yàn)算:

型鋼錯(cuò)動(dòng)抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。式中，τ1為型鋼與水泥土墻之間的錯(cuò)動(dòng)剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；de1為型鋼翼緣處水泥土墻體的有效厚度，mm；τ2為水泥土最薄弱截面處的局部剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；τc為水泥土抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa。

②水泥土最薄弱截面處單位深度范圍內(nèi)的剪力標(biāo)準(zhǔn)值：

Q2=η2×q×L2/2= 0.60×118.83×0.80/2=28.52(kN·m)式中，Q2為水泥土最薄弱截面處單位深度范圍內(nèi)的剪力標(biāo)準(zhǔn)值,kN·m；L2為水泥土最薄弱截面處的凈距,m；η2為水泥土抗剪強(qiáng)度調(diào)整系數(shù)。

水泥土最薄弱截面處的局部抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算:

最薄弱截面處的局部抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。式中，de2為水泥土最薄弱截面處的的厚度，mm。

3.4基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算

經(jīng)各項(xiàng)基坑指標(biāo)穩(wěn)定性驗(yàn)算均滿足要求。

4 結(jié) 語

基坑支護(hù)技術(shù)土工程中常見的技術(shù)問題，但對于荊州這類中型城市大面積開挖、緊鄰大型建筑物的深基坑工程尚不多見，筆者通過實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)探討SMW工法+混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)形式，型鋼類型及內(nèi)力計(jì)算，為該地區(qū)類似深基坑工程提供了一種經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行的措施，對今后類似工程具有參考意義。

[1]劉建航，候?qū)W淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997：438-442.

[2]折學(xué)森.軟土地基沉降計(jì)算[M].北京：人民交通出版社，1998：30-32.

[3]洪毓康.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].第2版.北京:人民交通出版社,1990：30-32.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.038

TU753

A

1673-1409(2012)03-N114-02

2012-01-13

馬萍(1986-)，男，2009年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事防災(zāi)減災(zāi)及防護(hù)工程方面的研究工作。