板肋式錨桿擋土墻支護在深基坑工程中的應用

王秀婷，張世民，王成宗，李權波（.安徽理工大學 土木建筑學院，安徽 淮南　00；.浙江大學 城市學院，浙江 杭州　005；.中鐵十七局集團有限公司，山西 太原　00000；.中冶建工集團有限公司，重慶　0008）

板肋式錨桿擋土墻支護在深基坑工程中的應用

王秀婷1，張世民2，王成宗3，李權波4
（1.安徽理工大學 土木建筑學院，安徽 淮南232001；2.浙江大學 城市學院，浙江 杭州310015；3.中鐵十七局集團有限公司，山西 太原030000；4.中冶建工集團有限公司，重慶400082）

以西南一城市綜合換乘樞紐站改造深基坑支護工程為例，結合工程所在區域的地質條件、場地情況和周邊環境，重點分析了板肋式錨桿擋土墻錨桿、肋柱、擋土板的設計方法和施工程序，并建模計算了支護結構的內力和加固效果。結果表明，板肋式錨桿擋土墻支護能改善基坑整體和局部穩定性，可為類似工程提供參考。

深基坑；板肋式錨桿擋土墻支護；FLAC-3D；穩定性分析

在城市化的快速發展過程中，城市道路的擴建和改建，城市商業中心和綜合交通樞紐的建設，以及地鐵工程施工中，常可見到深基坑。擋土墻作為一種支擋結構可有效維護基坑及其周邊建筑物的穩定，因而工程應用日趨頻繁。擋土墻結構可劃分為重力式［1］、懸臂式、扶壁式［2］、減力板式、錨桿式［3］等。其中板肋式錨桿擋土墻由于結構輕便，減少空間占有率，而且可機械化施工，減少人力成本的特點，被大量運用于城市建筑深基坑支護設計中。廖奇云［4］較早闡明板肋式錨桿擋土墻的施工方法；崔國慶等［5-6］探討了將板肋式錨桿擋土墻加固方案運用在公路邊坡加固工程中的效果；羅江波［7］分析了某邊坡失穩原因，在二次支護中運用了錨桿擋土墻支護，并取得較好的加固效果。

本文以西南一城市綜合樞紐站改造工程深基坑為例，進行了板肋式錨桿支護結構設計，闡明了施工時序和施工方法，并用數值模擬進行了加固效果預測，以期對類似工程問題提供經驗與借鑒。

1　工程概況

城市綜合樞紐站改造工程深基坑位于西南一城市鬧市區，屬低丘地貌單元，整個場地平坦開闊，地形坡角多為8°～13°［8-9］。基坑平面見圖1。基坑周圍建筑物較多，距離最近的為2棟33層的商業購物中心。基坑平面尺寸為 190 m×180 m，最大開挖深度達到38.1 m。地質鉆孔資料顯示，地層自上而下依次為①人工填土；②粉質黏土；③砂巖；④泥巖（未鉆透）。

圖1　基坑平面

2　板肋式錨桿擋土墻支護設計

2.1錨桿設計

錨筋采用HRB500級φ32螺紋鋼筋，按水平間距2.5 m，垂直間距2.5 m正方形布置。錨桿以15°錨入到穩定巖層中，見圖2。其中錨入長度從上至下依次為19，18，17，15，14，13，12，10，9和8 m，錨桿錨固體長度為5 m，直徑不小于120 mm，注漿體強度M25。錨桿嵌入肋板擋土墻深度為22 cm，嵌入段的端頭彎鉤采用φ18的光圓鋼筋，彎鉤長度不得小于70 cm。

2.2肋柱設計

板肋式錨桿擋土墻肋柱采用C30鋼筋混凝土，間距為3 m，高為30 m，橫截面尺寸為900 mm×600 mm。肋柱設頂梁，截面為正方形，邊長為600 mm。頂梁采用C25鋼筋混凝土。

圖2　板肋式錨桿擋土墻結構立面

2.3擋土板設計

擋土板設計采用雙面雙層配筋方案，橫筋 φ12 mm@200 mm，縱筋φ16 mm@150 mm，鋼筋保護層厚度外筋為35 mm，內側為50 mm，而錨桿連接處設置加密鋼筋。擋土板采用Ⅰ型板，分段連接，厚度為40 cm。擋土板搭接肋柱的長度為45 cm，板后按照規范要求回填透水性材料。

2.4排水設計

為防止基坑涌水，擋土板上設有泄水孔，按間距2.0 m設置。

2.5施工方法

板肋式錨桿擋土墻施工方案采取逆作法，即自上而下分層、分段跳槽開挖+及時支護。施工順序：施工前期準備→布置地表截排水設施→基坑分段跳槽開挖→施工錨桿→澆筑肋柱、擋土板混凝土→混凝土養護→混凝土強度達到80%后再進行下一級基坑邊坡開挖，如此循環施工。

3　板肋式錨桿擋土墻支護效果分析

3.1數值模型

深基坑三維數值模型坐標系的選取遵循右手正交法：以整個數值模型的左下角在水平面上的投影點為坐標原點，其X軸為東西方向，正向指向東，Y軸為南北向，正向指向北，Z軸以豎直向上為正。為減少邊界效應，模型計算范圍沿 X軸向取190 m，沿 Y軸向取180 m，沿Z軸向取85 m（高程從150～235 m）。計算模型共有單元24 221個，節點26 714個，其中開挖單元數2 728個，三維網絡及概化模型如圖3所示。考慮基坑所處地質地貌條件，模型邊界條件在X向、Y向和底部邊界（Z向）分別取法向支座約束。

圖3　深基坑三維數值模型

3.2計算方法及計算條件

土層和巖層的本構模型均采用FLAC-3D自帶的改進摩爾-庫侖屈服準則進行計算，該準則是傳統Mohr-Coulomb屈服準則與抗拉屈服準則相結合的復合屈服準則。其 Mohr-Coulomb屈服準則和抗拉屈服準則分別為

式中：σ1，σ3分別為第一，第三主應力；σt為抗拉強度；c為材料黏聚力；φ為內摩擦角。

模型中巖土體及錨桿特性參數分別見表1和表2。在計算中，支護結構采用 FlAC-3D內置的結構單元模擬。其中板肋采用shell結構單元模擬，錨桿采用cable結構單元模擬；其他均采用實體單元模擬。開挖共分5步進行，采用“殺死”單元進行模擬。

表1　巖土體力學參數

表2　錨桿特性參數

3.3分析結果

為分析板肋式錨桿擋土墻支護對基坑穩定的影響，在三維計算模型中，切割剖面29，30和34以便分析基坑內部變形情況，剖面29，30和34的位置參見圖3。

3.3.1邊墻應力分析

基坑開挖完成后，邊墻最大主應力平行于邊坡面，而最小主應力垂直于邊坡面。隨著基坑開挖深度的增加，各主應力也在不斷增加，以致在開挖完成后基坑坡腳附近出現壓應力集中現象，但應力水平總體不高。加固后，最大主應力為1 079.7 kPa，最小主應力為106.7 kPa。表明基坑開挖后，邊墻的應力水平小于巖體抗壓強度，加固效果顯著。

3.3.2支護結構內力分析

基坑開挖后剖面29錨桿軸力見圖4。由計算結果可知，錨桿總體呈受拉狀態，所承受的最大拉力為46.4 kN，位于第1排錨桿的端部。各層錨桿軸力分布是不均勻的，總體呈靠近端頭部位的軸力最大，錨固端最小。上部開挖段錨桿的錨固力整體大于下部開挖段錨桿的錨固力。結合該剖面的地層巖性，由于基坑上層為素填土，變形較大，從而導致該部位的錨桿應力比其他部位高［10］。

圖4　基坑開挖完成后剖面29錨桿軸力

3.3.3C棟建筑物基礎沉降及水平位移

圖5　基坑開挖后建筑物沉降及水平位移

基坑開挖完成后C棟建筑物基礎沉降及水平位移見圖5。由圖5可知，最大沉降位移位于剖面34處，最大沉降位移差為0.22 mm，建筑物的傾斜度為0.007‰。由于巖體抗變形能力較強，基坑開挖后不會導致建筑物發生不均勻沉降。基坑開挖完成后，建筑物向基坑方向發生水平向位移。最大水平位移在剖面29，為0.2 mm，但建筑物基礎最大水平位移差位于剖面30，為0.04 mm。由此產生的基礎底板混凝土附加拉應力為37.33 kPa。

4　結論

本文運用板肋式錨桿擋土墻支護方案對一車站深基坑工程進行加固研究，得到如下結論：

1）施加支護措施后，錨桿總體呈受拉狀態，各層錨桿最大軸力位于端頭部位，最小在錨固端，且上部開挖段錨桿的錨固力較下部偏大。

2）基坑開挖過程中，隨著開挖深度的增加主應力在增加，在基坑坡腳附近出現應力集中現象，而最大主應力方向平行于邊坡面，而最小主應力方向垂直于邊坡面。

3）基坑開挖是應力不斷釋放的過程，使得基坑側壁的巖土體有向臨空面滑動的趨勢，以致靠近基坑側壁的地表發生較大沉降變形，離基坑較近的建筑物最大沉降位于剖面34，最大水平位移位于剖面30，均滿足規范要求。

4）通過模擬加固后的深基坑工程可知，板肋式錨桿擋土墻使得基坑變形在工程安全控制標準內，錨桿、肋柱和墻體的設計也滿足規范的要求。

［1］姚燕明，趙豫鄂.利用既有車站作為重力式擋墻的換乘車站深基坑支護設計方案［J］.鐵道建筑，2015（9）：86-89.

［2］王金艷，張勁松.京津城際鐵路扶壁式擋土墻的設計與施工技術［J］.鐵道建筑，2008（增）：153-155.

［3］顏承柱.擋土墻選型與設計［J］.東北水利水電，2011（6）：9-11.

［4］廖奇云.板肋式鋼筋混凝土錨桿擋土墻施工［J］.建筑施工，1996，18（2）：11-12.

［5］崔國慶.板肋式錨桿擋土墻在高切坡工程中的應用［J］.焦作大學學報，2004（3）：111-112.

［6］茍棟元，李海平.板肋式錨桿擋土墻在巖質路塹邊坡預加固中的應用［J］.公路與汽運，2013（6）：134-137.

［7］羅江波.壁板式錨桿擋土墻典型破壞原因分析及加固措施［J］.工程勘察，2011（6）：19-22.

［8］龔旭東.基于受力計算的深基坑支護設計優化方法［J］.鐵道建筑，2014（5）：82-85.

［9］楊芮，習志銳，潘少華.深基坑支護方案優化及其應力應變分析［J］.水電能源科學，2013，31（12）：143-146.

［10］王志杰，何晟亞，袁曄.地鐵車站維護結構對主體結構內力與位移的影響研究［J］.鐵道建筑，2015（7）：65-67.

（責任審編趙其文）

Application of Ribbed Plate-type Anchored Bolt Retaining Wall Supporting in Deep Foundation Pit

WANG Xiuting1，ZHANG Shimin2，WANG Chengzong3，LI Quanbo4
（1.School of Civil Engineering and Architecture，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001，China；2.Zhejiang University City College，Hangzhou Zhejiang 310015，China；3.China Railway 17 Bureau Group Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030000，China；4.China Metallurgical Construction Engineering Group Co.，Ltd.，Chongqing 400082，China）

T aking the deep foundation pit support reconstruction engineering at the transfer hub station in one southwest city as an example，the bolt，rib-column and retaining plate design methods and construction procedures for ribbed plate-type bolt retaining wall supporting were analyzed.T he internal force and reinforcement effect of support structure were modeled and calculated by considering the regional geological conditions，site conditions and the surrounding environment of the project.T he results show that ribbed plate-type bolt retaining wall supporting could improve the overall and local stability of foundation pit and could provide a reference for similar projects.

Deep foundation pit；Ribbed plate-type bolt retaining wall supporting；FLAC-3D；Stability analysis

王秀婷（1990— ），女，碩士研究生。

TU433；U417.1+16

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.24

1003-1995（2016）07-0096-04

2015-12-12；

2016-04-06

浙江省科技廳項目（2013C31041）；浙江省住建廳項目（2015k60，2014Z099）；浙江大學城市學院教師基金項目（J-15017）