深基坑工程支护结构设计计算分析——以荆州某商业服务中心地下室基坑工程为例

马 萍 (长江大学城市建设学院,湖北 荆州 434023)

深基坑工程支护结构设计计算分析
——以荆州某商业服务中心地下室基坑工程为例

马 萍 (长江大学城市建设学院,湖北 荆州 434023)

以荆州某商业服务中心地下室基坑工程为例，对该深基坑工程的结构设计进行了研究。通过该深基坑支护方案的设计计算分析、SMW工法(Soil Mixing Wall，劲性水泥土搅拌桩法)介绍及对支护结构的内力分析，获得一些有益经验，为当地的深基坑工程的推广和应用提供参考。

深基坑工程;SMW工法;支护；设计计算;内力分析

随着国民经济与科技的发展，地下空间的有效利用已经逐渐成为城市发展考虑的问题，因而深基坑支护工程便逐渐成为了一个倍受关注的问题。深基坑的支护，不仅要保证基坑内能正常安全作业，而且要防止基底及坑外土体过量移动，确保基坑附近的建筑、道路、管线的正常运行[1]。影响深基坑工程分析计算结果的因素很多，如土体非线性、土-支护结构相互作用、固结、降水等。下面，笔者以荆州某商业服务中心地下室基坑工程为例，对该深基坑工程的结构设计进行了研究。

1 工程概况

图1 基坑平面布置简图

基坑工程为荆州某商业服务中心地下室基坑部分。基坑大致成矩形分布，南北方向长87.5m，东西方向宽47m，面积约4000m2。设计±0.00标高为34.80m，场地地面标高34.02～34.78m，基坑最深开挖深度为9.10m。基坑支护平面布置简图如图1所示。

2 支护工况

根据工程特点及场地条件，该工程采用3种支护形式：①钻孔灌注桩+SMW工法+钢筋混凝土角撑；②SMW工法+钢筋混凝土对撑体系；③复合喷锚支护体系，利用三轴搅拌桩和水泥土搅拌桩兼做隔水帷幕。

复合喷锚支护形式在本地区应用比较广泛且技术成熟，其特点是施工速度较快，支护效果好，对其他工序的干扰较少，比较经济。该工程难点在于在荆州特有的土层地质条件下首次在深基坑支护工程中采用SMW工法+混凝土内支撑的支护形式。SMW工法即在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的受拉材料，形成劲形桩，兼具良好的抗弯、抗剪和防水性能，能较好地满足基坑工程的技术要求。支护工况简图如图2所示。

3 基坑支护结构计算分析

3.1土压力计算模型及系数调整

土压力计算采用郎肯土压力理论[1]。结合工程的地质条件，该土层上部采用水土合算，下部采用水土分算。计算采用弹性法计算，弹性法土压力计算模型如图3所示，系数调整如表1所示。

γ—土的重度；kN/m3；c—土的粘聚力，kPa；φ—内摩擦角，(°)。

表1 系数调整结果

3.2支护结构嵌固深度的确定

支护结构的嵌固深度，目前常采用极限平衡法计算确定。根据支护结构可能出现的位移条件，在桩墙的相应部位分别取主动土压力或被动土压力，形成静力极限平衡的计算模型[2]。由极限平衡法计算得到该工程支护结构嵌固深度为6.90m。

3.3内力类型及型钢验算

图3 弹性法土压力模型

该工程基坑内力类型以及弹性法计算所得的内力值如下：①基坑外侧最大弯矩为655.95kN·m；②基坑内侧最大弯矩为393.27kN·m；基坑最大剪力为13.66kN；基坑最大侧压力为116.83kPa。下面采用弹性法进行型钢验算。

1)型钢截面承载力验算 基坑外侧最大弯矩截面处距离墙顶 9.80m, 弯矩设计值M= 1.25×1.10×(1.00×655.95) = 901.93kN·m；基坑最大剪力截面处距离墙顶10.08m, 剪力设计值Q=1.25×1.10×(1.00×13.66)= 18.79kN。

2)型钢截面局部承载力验算 基坑最大侧压力截面处距离墙顶 8.00m, 最大土压力值为118.83kPa。

①型钢与水泥土之间单位深度范围内的错动剪力标准值：

Q1=η1×q×L1/2=0.60×118.83×0.30/2=10.69(kN·m)

式中，Q1为型钢与水泥土墙之间单位深度范围内的错动剪力标准值，kN·m；q为计算截面处作用的侧压力标准值，kPa；L1为型钢翼缘之间的净距，m；η1为剪力计算经验系数。

型钢与水泥土之间的错动抗剪验算:

型钢错动抗剪强度满足规范要求。式中，τ1为型钢与水泥土墙之间的错动剪应力标准值，MPa；de1为型钢翼缘处水泥土墙体的有效厚度，mm；τ2为水泥土最薄弱截面处的局部剪应力标准值，MPa；τc为水泥土抗剪强度标准值，MPa。

②水泥土最薄弱截面处单位深度范围内的剪力标准值：

Q2=η2×q×L2/2= 0.60×118.83×0.80/2=28.52(kN·m)式中，Q2为水泥土最薄弱截面处单位深度范围内的剪力标准值,kN·m；L2为水泥土最薄弱截面处的净距,m；η2为水泥土抗剪强度调整系数。

水泥土最薄弱截面处的局部抗剪强度验算:

最薄弱截面处的局部抗剪强度满足规范要求。式中，de2为水泥土最薄弱截面处的的厚度，mm。

3.4基坑稳定性验算

经各项基坑指标稳定性验算均满足要求。

4 结 语

基坑支护技术土工程中常见的技术问题，但对于荆州这类中型城市大面积开挖、紧邻大型建筑物的深基坑工程尚不多见，笔者通过实际工程经验探讨SMW工法+混凝土内支撑的支护形式，型钢类型及内力计算，为该地区类似深基坑工程提供了一种经济上合理、技术上可行的措施，对今后类似工程具有参考意义。

[1]刘建航，候学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997：438-442.

[2]折学森.软土地基沉降计算[M].北京：人民交通出版社，1998：30-32.

[3]洪毓康.土质学与土力学[M].第2版.北京:人民交通出版社,1990：30-32.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.038

TU753

A

1673-1409(2012)03-N114-02

2012-01-13

马萍(1986-)，男，2009年大学毕业，硕士生，现主要从事防灾减灾及防护工程方面的研究工作。