硬塑狀黏土層首道砼支撐對深基坑開挖變形及穩(wěn)定性的影響

張 學

（中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

深基坑工程支護體系第一道支撐往往采用砼支撐，主要考慮砼支撐具有剛度大、整體變形小、既能受壓、又能受拉、亦經(jīng)得起施工設(shè)備的撞擊等優(yōu)點，有利于基坑的穩(wěn)定性。但深基坑的支護體系往往是臨時構(gòu)件，結(jié)構(gòu)施工期間支撐需要拆除，因此砼支撐無法重復使用、拆除工作量大、造假高等缺點也相對較為明顯，另外對于工期較緊的工程，砼支撐的混凝土等強時間也嚴重影響了施工進度。

部分深基坑工程開挖面位于硬塑狀土層，土體液性指數(shù)低，抗剪強度高，基坑開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)變形控制及整體穩(wěn)定性較好，可考慮優(yōu)化首道砼支撐。文章通過某快速路下穿合肥市郎溪立交橋深基坑工程實例，對首道砼支撐進行優(yōu)化，既節(jié)省了工程造價，又縮短了工期。

1 工程概況

合肥市某工程深基坑（圖1）工程長272 m，寬30 m，基坑為漸變段，最大深度7.1 m，最小深度2.5 m。初步設(shè)計方案圍護結(jié)構(gòu)采用直徑1 m咬合樁，咬合長度0.2 m，其中A樁采用C30鋼筋砼灌注樁，B樁采用C25鋼筋砼灌注樁，支撐體系采用一道砼支撐。

圖1 基坑位置圖

基坑所處地層上部為2 m厚雜填土，局部存在③層可塑狀粉質(zhì)黏土，層厚不超過0.5 m，其余均處于⑤層硬塑狀粘土層。

由于⑤層粘土層為硬塑狀，土層物理力學性質(zhì)較好，且工期較緊，取消首到砼支撐可縮短工期一個月以上，因此設(shè)計方案進行變更，在原有圍護結(jié)構(gòu)不變的條件下取消收到砼支撐（圖2）。

圖2 基坑圍護大樣圖

2 設(shè)計方案對比

根據(jù)龔曉南對基坑變形總結(jié)，原設(shè)計方案的基坑變形預測為弓式（圖3）：上下端變形較小，中上部位置呈內(nèi)凸狀；優(yōu)化后設(shè)計方案的基坑變形預測為前傾式：墻頂位移較大，隨后變形逐漸減小，整體呈倒三角形。

圖3 基坑變形預測

為達到基坑開挖穩(wěn)定性及變形控制要求，對基坑最不利斷面初步設(shè)計方案及優(yōu)化后方案進行理論計算對比。《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）對一級基坑的要求如下：整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks＞1.35，抗傾覆(對支護底取矩)穩(wěn)定性驗算Kov＞1.250；支護底部，驗算抗隆起Ks＞2.200。

可塑狀粉質(zhì)黏土土層參數(shù)取值如表1所示：

表1 粉質(zhì)黏土土層參數(shù)表

基坑周邊荷載考慮為20 kPa，距基坑2 m，距離寬度為20 m。

整體穩(wěn)定計算方法采用瑞典條分法。

抗傾覆(對支護底取矩)穩(wěn)定性驗算采用被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩與主動土壓力對樁底的傾覆彎矩比值確定：

抗隆起驗算，從支護底部開始，逐層驗算抗隆起穩(wěn)定性：

最終計算結(jié)果如表2所示。

表2 驗算結(jié)果對比表

圍護結(jié)構(gòu)變形計算結(jié)果如圖4所示。計算結(jié)果顯示，優(yōu)化后的設(shè)計方案整體穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定、抗隆起穩(wěn)定性相差不大，且均能滿足規(guī)范要求。優(yōu)化后的基坑圍護結(jié)構(gòu)上部無砼支撐支護，圍護樁形成懸臂結(jié)構(gòu)，頂部出現(xiàn)一定位移，但整體變形為5.73 mm，地表沉降8 mm，遠小于《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》（GB50497-2019）所規(guī)定圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移40 mm、地表沉降45 mm的變形控制要求。因此優(yōu)化設(shè)計方案可行。

圖4 基坑變形計算結(jié)果

3 結(jié)論

經(jīng)設(shè)計驗算通過后，本工程按優(yōu)化后的設(shè)計方案實施，施工期間未出現(xiàn)圍護結(jié)構(gòu)變形速率超控制值或滑坡等風。基坑最終變形為6.3 mm，整體工期較計劃工期縮短了72 d，且大大減少了施工費用。

設(shè)計應(yīng)結(jié)合實際情況選擇合理的支護體系，在地質(zhì)條件較好、土體強度高的區(qū)域開展深基坑工程首道砼支撐無法重復發(fā)揮作用，在經(jīng)過設(shè)計論證后可取消。