騰達(dá)中心大型深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力與穩(wěn)定分析

葉建軍 謝小杰 羅 濤

騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江臺(tái)州 318000

1 工程概況

本工程位于臺(tái)州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)中央商務(wù)區(qū)的西南角，總用地面積41575m2，規(guī)劃建設(shè)用地面積23818m2，地上總建筑面積211000m2。設(shè)計(jì)以中央廣場(chǎng)為軸分為A、B兩個(gè)地塊。建筑物設(shè)計(jì)采用樁基礎(chǔ)，基坑總周長(zhǎng)約710.8m，面積約3.47萬(wàn)m2。場(chǎng)地自然地坪標(biāo)高為+4.00m。地下一層樓板設(shè)計(jì)標(biāo)高為-5.40m，地下二層板面標(biāo)高-9.25m，承臺(tái)墊層底標(biāo)高為-10.60m，主樓筏板厚度為1.8m～2.8mm，筏板墊層底標(biāo)高為-11.20～-12.20m。

地下車庫(kù)部位至承臺(tái)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(jí)定為一級(jí)。

場(chǎng)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(wú)不良地質(zhì)作用。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 支撐方案

根據(jù)基坑設(shè)計(jì)深度、周邊地質(zhì)條件及環(huán)境情況，圍護(hù)支護(hù)形式采用鉆孔樁+二道支撐進(jìn)行支護(hù)[1]。

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

圖1 環(huán)形支撐布置圖

采用鉆孔灌注樁內(nèi)插型鋼格構(gòu)柱作為水平支撐系統(tǒng)的豎向支撐構(gòu)件[3]。立柱樁采用鉆孔灌注樁，直徑Φ800，多樁承臺(tái)和號(hào)樓筏板部位立柱樁盡量利用工程樁，樁長(zhǎng)、樁徑同工程樁，樁徑小于Φ800的工程樁，上部4.0m擴(kuò)徑至800mm。圓環(huán)支撐部位有效樁長(zhǎng)40.00m，其余部位有效樁長(zhǎng)30.00m。

2.2 施工工況

本工程先進(jìn)行攪拌樁的施工，再進(jìn)行鉆孔灌注樁圍護(hù)樁施工[4]，然后進(jìn)行土方開挖，土方開挖按照分段、分層、分塊進(jìn)行，嚴(yán)禁超挖。整個(gè)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(gè) 分 區(qū)， 分 別 為A1～A6、B1～B4、C1～C6、D1～D7 ；其 中A1、A2、A3、B1、B2、B3區(qū)為坑中坑區(qū)域。

3 分析模型

3.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)基坑開挖深度和場(chǎng)地周圍環(huán)境情況，采用現(xiàn)場(chǎng)圍護(hù)的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)施工中的不同工況，采用分析軟件計(jì)算單個(gè)剖面的受力、變形和整體穩(wěn)定性[5]。

計(jì)算深度確定依據(jù)：

（1）地庫(kù)部位：按照承臺(tái)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(jì)算理論采用朗金土壓力理論，黏聚力與內(nèi)摩擦角值取固結(jié)快剪值，素填土采用水土分算，其余土層采用水土合算；根據(jù)當(dāng)?shù)仡愃乒こ探?jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目抗剪強(qiáng)度指標(biāo)打8折。

（4）地面超載：①基坑頂至用地紅線內(nèi)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(jì)算截面與工況

在此選擇主樓附近開挖最深（11.0m）的剖面進(jìn)行計(jì)算（見圖2）。

圖2 計(jì)算剖面

計(jì)算工況見表 1。

表1 分析計(jì)算工況

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 位移與內(nèi)力計(jì)算

依據(jù)開挖工況計(jì)算圍擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖如圖 3所示：

圖3 內(nèi)力包絡(luò)圖

根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖，樁的內(nèi)力如表2所示：

表2 樁體內(nèi)力

依據(jù)上述計(jì)算得到樁的配筋為縱筋18Φ25，箍筋為Φ8@200。

4.2 整體穩(wěn)定性

利用瑞典條分法，土條寬度為1m，整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值為 1.366，圓弧半徑 R = 31.767m，圓心坐標(biāo)X = -2.809 m，Y =11.744m。

4.3 抗傾覆穩(wěn)定性

抗傾覆安全系數(shù)：

式中：MP—被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩。

Ma—主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

該穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見表3。

表3 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)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(wěn)定系數(shù)均大于1.25，滿足相關(guān)規(guī)范。

4.4 抗隆起驗(yàn)算

（1）采用逐層驗(yàn)算抗隆起穩(wěn)定性的方法，結(jié)果如下：

支護(hù)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(jìn)行坑底抗隆起驗(yàn)算，按以最下層支點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，結(jié)果如下：

Ks=2.242≥2.200，坑底滿足。

4.5 流土穩(wěn)定性驗(yàn)算

式中：Kse—安全等級(jí)為一級(jí)的基坑支護(hù)，安全系數(shù)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(nèi)外的水頭差 （m）；

計(jì)算得到流土穩(wěn)定性為：

K =1.657＞=1.6，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)圍擋結(jié)構(gòu)受力模型的分析，得到圍擋樁基內(nèi)力、整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性與流土穩(wěn)定性均在相關(guān)規(guī)范要求的范圍以內(nèi)，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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[D]. 西安建筑科技大學(xué)，2005.

[2] 劉少文，謝昭宇. 組合結(jié)構(gòu)環(huán)形支撐體系在某基坑工程中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù)，2012（5）：100-103.

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

[4] 崔金利. 亦城財(cái)富中心共享大廳中央環(huán)形鋼梁臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)與施工[J]. 施工技術(shù)，2016（11）：111-116.

[5] 金國(guó)龍，黃春美. 圓環(huán)形支撐基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2013（S1）：1694-1700.