1 引言

20 世紀(jì)70 年代以前，我國(guó)深基坑工程較少，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高層和超高層建筑越來(lái)越多，深基坑工程數(shù)量不斷增加，施工技術(shù)也不斷革新。 Wei Lu 等[1]結(jié)合三門(mén)核電項(xiàng)目的工程實(shí)踐， 介紹了控制基坑樁錨支護(hù)系統(tǒng)變形的設(shè)計(jì)方案和方法，為軟土地基的深基坑支護(hù)提供了參考。 近年來(lái)，數(shù)值模擬在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常多。張迪[2]采用數(shù)值模擬計(jì)算方法， 分析研究樁錨支護(hù)條件下深基坑在整個(gè)開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程的受力特點(diǎn)和變形規(guī)律，對(duì)樁徑、樁間距和樁長(zhǎng)等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 李元?jiǎng)椎萚3]研究了錨桿預(yù)應(yīng)力和基坑穩(wěn)定性的關(guān)系，對(duì)比了Plaxis、理正深基坑軟件以及相關(guān)規(guī)范的計(jì)算結(jié)果。周勇等[4]結(jié)合工程實(shí)例， 采用數(shù)值模擬了樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形規(guī)律。 因此，本文基于前人的理正計(jì)算深基坑的方式，結(jié)合當(dāng)前所建設(shè)的工程進(jìn)行深基坑的支護(hù)計(jì)算并設(shè)計(jì)。

2 工程概況

2.1 工程簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)

擬建場(chǎng)地位于山東省東營(yíng)市，總建筑面積140 297.37 m2，其中，住宅建筑面積117 846.08 m2，商業(yè)建筑面積8 025.69 m2，幼兒園建筑面積3 609.65 m2，地下建筑面積10 815.95 m2。 擬建場(chǎng)地地勢(shì)平坦，地貌類(lèi)型單一，無(wú)不良地質(zhì)，地質(zhì)環(huán)境未受破壞，工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，場(chǎng)地穩(wěn)定，適宜建筑建設(shè)。 本工程場(chǎng)地平整后標(biāo)高39.45 m，基坑底部標(biāo)高22.45 m，基坑深度為17 m。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限1 年。

2.2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地下水埋深實(shí)測(cè)穩(wěn)定水位深度為15.45～16.25 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高介于1.58～1.63 m，地下水類(lèi)型為潛水。

基坑巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基坑巖土參數(shù)表

3 深基坑分區(qū)設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)分區(qū)及方案比選

根據(jù)基坑側(cè)壁土層分布、周邊建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)形式和埋深以及與本基坑的距離、擬采用的支護(hù)形式等情況，將基坑進(jìn)行分區(qū)，選取4 個(gè)代表斷面進(jìn)行計(jì)算。 基坑西側(cè)和南側(cè)為支護(hù)一區(qū)，基坑北側(cè)和東側(cè)南段為支護(hù)二區(qū)，基坑?xùn)|側(cè)北段和中段為支護(hù)三區(qū)，基坑?xùn)|側(cè)陽(yáng)角處為支護(hù)四區(qū)。

據(jù)勘察可知，該工程所在場(chǎng)地土質(zhì)良好，基坑安全等級(jí)為二級(jí)，不能采用放坡方案。 支護(hù)一區(qū)、三區(qū)、四區(qū)周?chē)ㄖ奢d較小，離既有建筑物距離較近，開(kāi)挖深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水，土質(zhì)較好，滿(mǎn)足樁錨支護(hù)的適用范圍，確定使用排樁結(jié)合錨桿進(jìn)行支護(hù)。 支護(hù)二區(qū)周?chē)鷽](méi)有建筑物，場(chǎng)地開(kāi)闊，采用樁錨支護(hù)方案，施工較為簡(jiǎn)單。

3.2 支護(hù)一區(qū)

3.2.1 周邊荷載情況

支護(hù)一區(qū)有某綜合體，該綜合體地上22 層，地下3 層，其中有16 層為后加層，地下室每層3 m，地下室總深度為9 m，建筑物基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)， 因此， 該地面超載， 選取超載q=20 kPa，部分區(qū)域臨近平房，取地面荷載q=10 kPa，視為無(wú)限荷載，作用深度為0 m。

3.2.2 錨桿支護(hù)

基坑開(kāi)挖深度為17 m， 一共設(shè)置4 道錨桿， 每次超挖0.5 m，便于支護(hù)施工。 錨桿水平間距1.5 m，豎向間距2.0 m。

3.2.3 排樁計(jì)算

排樁最小入土深度：1.2y+x=1.2×6.04+2.47=9.72 m， 取10 m（y 為嵌入點(diǎn)以下的深度；x 為土力零點(diǎn)距坑底的距離，由土力零點(diǎn)前坡土強(qiáng)度和后土主土力求得）。 為滿(mǎn)足抗傾覆穩(wěn)定性，取排樁嵌固深度為20 m。 排樁總長(zhǎng)度為17+20=37 m。

縱向受力鋼筋選用HRB400，箍筋選用HRB335，縱向抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=360 MPa，箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fyv=300 MPa。排樁直徑取0.8 m，選用C30 混凝土。則有：

式中，M 為單樁抗彎承載力，N·mm；A 為樁的橫截面面積，mm2；r 為樁的半徑，mm；α 為對(duì)應(yīng)與受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角與2π 的比值；αt為縱向受拉鋼筋截面積與全部縱向鋼筋截面積的比值；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度。 求得α=0.26，αt=0.73。

3.2.4 錨桿設(shè)計(jì)

錨索均選用1×7 鋼絞線(xiàn)，單束錨索直徑為15.2 mm，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為fpy=1 320 MPa。 錨桿施工時(shí)選用套管護(hù)壁成孔工藝，二次壓力注漿施工方法。 錨桿間水平間距1.5 m。

基坑安全支護(hù)等級(jí)為二級(jí)，水平剛度系數(shù)Kt=1.6。

擋土結(jié)構(gòu)計(jì)算寬度取排樁直徑ba=0.8 m。

3.2.5 腰梁冠梁設(shè)計(jì)

錨桿腰梁采用型鋼組合梁。 假設(shè)腰梁的荷載為均布荷載q′，其計(jì)算公式為：

式中，γ0為可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)；γF為可變荷載的頻遇值系數(shù)；Fh為腰梁的線(xiàn)荷載。

由于基坑寬度為110 m，而錨桿的水平間距s 取1.5 m，同時(shí)取冠梁高1 m，寬1.2 m。 以下對(duì)數(shù)值進(jìn)行理正驗(yàn)算，并借助理正計(jì)算深基坑軟件進(jìn)行該支護(hù)分區(qū)的整體穩(wěn)定性。

1）整體穩(wěn)定驗(yàn)算

采用瑞典條分法，整體穩(wěn)定安全系數(shù)KS=1.38＞1.30，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

驗(yàn)算過(guò)程如表2 所示。

表2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

3）抗隆起驗(yàn)算

驗(yàn)算支護(hù)底部抗隆起系數(shù)：

式中，K 為抗隆起穩(wěn)定性安全系數(shù)；γ1為非開(kāi)挖側(cè)土的重度，kN/m3；γ2為基坑面 以下土的重度，kN/m3；lc為嵌固 深 度，m；Nq、Nc為地基承載力系數(shù)；c 為基坑底土體黏聚力，kPa；h 為基坑開(kāi)挖深度，m；q 為地面超載，kN/m2。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得K=1.68＞1.60，抗隆起穩(wěn)定性滿(mǎn)足。

4）嵌固深度構(gòu)造驗(yàn)算

合力作用點(diǎn)至墻底的距離Hd=0.2×12.0=2.4 m， 依據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》，嵌固深度對(duì)于多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)不宜小于0.2 h（h 為合力作用點(diǎn)至樁、墻底的距離）。實(shí)際嵌固深度為20 m，滿(mǎn)足構(gòu)造要求。

5）嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗(yàn)算

驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 土反力驗(yàn)算

3.3 支護(hù)二區(qū)

該支護(hù)分區(qū)周?chē)鷽](méi)有建筑物，場(chǎng)地開(kāi)闊，選用樁錨支護(hù)方案施工會(huì)非常便利。因而選用樁錨支護(hù)方案，支護(hù)方案見(jiàn)表4。

表4 支護(hù)二區(qū)支護(hù)方案

3.4 支護(hù)三區(qū)

3.4.1 周邊荷載情況

居民樓A 為地上6 層，無(wú)地下室，基礎(chǔ)形式為承臺(tái)基礎(chǔ)，6層小樓基礎(chǔ)埋深6 m，基地附加壓力取20 kPa，荷載邊緣距離基坑12 m，荷載作用寬度10 m，地面超載取20 kPa。

3.4.2 支護(hù)方案

該支護(hù)分區(qū)周?chē)ㄖ奢d較小，離建筑物距離較近，開(kāi)挖深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水，土質(zhì)較好，因而選用樁錨支護(hù)方案，支護(hù)方案見(jiàn)表5。

表5 支護(hù)三區(qū)支護(hù)方案

3.5 支護(hù)四區(qū)

3.5.1 周邊荷載情況

地面超載取20 kPa。

距離基坑邊緣10 m 處有一座2 層樓建筑，基礎(chǔ)埋深1.5 m，基地附加壓力取30 kPa，荷載作用寬度8 m。

3.5.2 支護(hù)方案

該支護(hù)分區(qū)位于基坑陽(yáng)角處，受力較為復(fù)雜，選用樁錨支護(hù)效果更好，理正計(jì)算書(shū)詳見(jiàn)附錄。 支護(hù)方案見(jiàn)表6。

表6 支護(hù)四區(qū)支護(hù)方案

3.6 基坑監(jiān)測(cè)

3.6.1 監(jiān)測(cè)目的

深基坑工程的復(fù)雜性使其易發(fā)生事故， 基坑周?chē)ㄖ凸芫€(xiàn)可能遭到破壞。 為保證工程安全，需要對(duì)基坑周?chē)慕ㄖ凸芫€(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握情況，規(guī)避事故的發(fā)生。

3.6.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中給出了常規(guī)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目， 因此， 本項(xiàng)目需要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、坡頂沉降、深層水平位移、基坑周邊地表的豎向位移、地下水位變化進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的報(bào)警值見(jiàn)表7。

表7 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值表

4 結(jié)論

本文對(duì)山東東營(yíng)某深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，從基坑支護(hù)工程的周邊環(huán)境、所在場(chǎng)地地形、地貌類(lèi)型、地質(zhì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性、安全性、適用性問(wèn)題等方面入手進(jìn)行探討，最終選擇樁錨支護(hù)的方案， 并通過(guò)理正計(jì)算軟件完成設(shè)計(jì)， 做出驗(yàn)算，結(jié)果表明設(shè)計(jì)方案能夠滿(mǎn)足該深基坑的支護(hù)要求。 得到某建筑的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案如下。

1）支護(hù)一區(qū)開(kāi)挖深度17 m，采用樁錨支護(hù)方案，樁長(zhǎng)32 m，直徑0.8 m，水平間距1.5 m，豎向間距2 m。 支護(hù)二區(qū)開(kāi)挖深度17 m，采用樁錨支護(hù)方案，樁長(zhǎng)25 m，直徑0.8 m，水平間距1.5 m，設(shè)置4 道錨桿，豎向間距2 m。 支護(hù)三區(qū)開(kāi)挖深度17 m，采用樁錨支護(hù)方案，樁長(zhǎng)16 m，直徑0.8 m，水平間距1.5 m，設(shè)置5 道錨桿，豎向間距2 m。 支護(hù)四區(qū)開(kāi)挖深度12 m，采用樁錨支護(hù)方案，樁長(zhǎng)22 m，直徑0.8 m，設(shè)置4 道錨桿，水平間距1.5 m，豎向間距2 m。