騰達中心大型深基坑圍護結構受力與穩定分析

葉建軍 謝小杰 羅 濤

騰達建設集團股份有限公司，浙江臺州 318000

1 工程概況

本工程位于臺州市經濟開發區中央商務區的西南角，總用地面積41575m2，規劃建設用地面積23818m2，地上總建筑面積211000m2。設計以中央廣場為軸分為A、B兩個地塊。建筑物設計采用樁基礎，基坑總周長約710.8m，面積約3.47萬m2。場地自然地坪標高為+4.00m。地下一層樓板設計標高為-5.40m，地下二層板面標高-9.25m，承臺墊層底標高為-10.60m，主樓筏板厚度為1.8m～2.8mm，筏板墊層底標高為-11.20～-12.20m。

地下車庫部位至承臺墊層底，基坑開挖深度為9.40m，主樓部位至筏板墊層底，基坑開挖深度10.40～11.00m，基坑安全等級定為一級。

場地分布的地下水主要為賦存于淺部黏性土層中的孔隙潛水，下部礫石、粉土層中的孔隙承壓水及深部的基巖裂隙水。無不良地質作用。

2 圍護結構設計

2.1 支撐方案

根據基坑設計深度、周邊地質條件及環境情況，圍護支護形式采用鉆孔樁+二道支撐進行支護[1]。

根據本基坑的形狀特點及支撐對土方開挖和土建施工的影響程度，選擇環形支撐形式[2]（見圖 1）。

圖1 環形支撐布置圖

采用鉆孔灌注樁內插型鋼格構柱作為水平支撐系統的豎向支撐構件[3]。立柱樁采用鉆孔灌注樁，直徑Φ800，多樁承臺和號樓筏板部位立柱樁盡量利用工程樁，樁長、樁徑同工程樁，樁徑小于Φ800的工程樁，上部4.0m擴徑至800mm。圓環支撐部位有效樁長40.00m，其余部位有效樁長30.00m。

2.2 施工工況

本工程先進行攪拌樁的施工，再進行鉆孔灌注樁圍護樁施工[4]，然后進行土方開挖，土方開挖按照分段、分層、分塊進行，嚴禁超挖。整個基坑土方垂直方向分三層 開 挖， 具 體 為 第 一 層-1.50～-2.90m， 第 二 層-2.90～-7.20m，第三層-7.20～-10.15m；平面方向按后澆帶劃分為23個 分 區， 分 別 為A1～A6、B1～B4、C1～C6、D1～D7 ；其 中A1、A2、A3、B1、B2、B3區為坑中坑區域。

3 分析模型

3.1 計算參數

根據基坑開挖深度和場地周圍環境情況，采用現場圍護的設計參數，對施工中的不同工況，采用分析軟件計算單個剖面的受力、變形和整體穩定性[5]。

計算深度確定依據：

（1）地庫部位：按照承臺墊層底控制。

（2）主樓部位：按照主樓筏板墊層底控制。

（3）土壓力計算理論采用朗金土壓力理論，黏聚力與內摩擦角值取固結快剪值，素填土采用水土分算，其余土層采用水土合算；根據當地類似工程經驗，本項目抗剪強度指標打8折。

（4）地面超載：①基坑頂至用地紅線內地面超載取20kPa ；②紅線外市政道路超載取30kPa；③出土口部位超載取35kPa。

3.2 計算截面與工況

在此選擇主樓附近開挖最深（11.0m）的剖面進行計算（見圖2）。

圖2 計算剖面

計算工況見表 1。

表1 分析計算工況

4 計算結果

4.1 位移與內力計算

依據開挖工況計算圍擋結構的內力包絡圖如圖 3所示：

圖3 內力包絡圖

根據內力包絡圖，樁的內力如表2所示：

表2 樁體內力

依據上述計算得到樁的配筋為縱筋18Φ25，箍筋為Φ8@200。

4.2 整體穩定性

利用瑞典條分法，土條寬度為1m，整體穩定安全系數計算值為 1.366，圓弧半徑 R = 31.767m，圓心坐標X = -2.809 m，Y =11.744m。

4.3 抗傾覆穩定性

抗傾覆安全系數：

式中：MP—被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩。

Ma—主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

該穩定性驗算結果見表3。

表3 抗傾覆穩定性驗算結果

工況5 85633.8 64561.16 1.33 滿足工況6 / / 剛性鉸 滿足工況7 / / 剛性鉸 滿足工況8 / / 剛性鉸 滿足工況9 / / 剛性鉸 滿足

由表3可見抗傾覆穩定系數均大于1.25，滿足相關規范。

4.4 抗隆起驗算

（1）采用逐層驗算抗隆起穩定性的方法，結果如下：

支護底部：Ks= 1.899 ≥ 1.800，滿足。

深度146.300處：Ks= 2.042 ≥ 1.800，滿足。

（2） 采用圓弧條分法進行坑底抗隆起驗算，按以最下層支點為轉動軸心，結果如下：

Ks=2.242≥2.200，坑底滿足。

4.5 流土穩定性驗算

式中：Kse—安全等級為一級的基坑支護，安全系數取1.6；

D1—潛水水面或承壓水含水層頂面至基坑底面的垂直距離（m）；

Δh'—基坑內外的水頭差 （m）；

計算得到流土穩定性為：

K =1.657＞=1.6，滿足規范要求。

5 結語

通過對圍擋結構受力模型的分析，得到圍擋樁基內力、整體穩定性、抗傾覆穩定性、抗隆起穩定性與流土穩定性均在相關規范要求的范圍以內，表明圍擋方案與施工流程安全合理。

[1] 仲崇梅. 深基坑組合支護結構設計與研究[D]. 西安建筑科技大學，2005.

[2] 劉少文，謝昭宇. 組合結構環形支撐體系在某基坑工程中的應用[J]. 施工技術，2012（5）：100-103.

[3] 黃國章. 承插式鋼管排樁在橋梁墩臺圍堰施工中的應用[J]. 中國市政工程，2011（6）：41-43.

[4] 崔金利. 亦城財富中心共享大廳中央環形鋼梁臨時支撐體系設計與施工[J]. 施工技術，2016（11）：111-116.

[5] 金國龍，黃春美. 圓環形支撐基坑支護體系設計分析[J]. 地下空間與工程學報，2013（S1）：1694-1700.