环梁支撑体系在深基坑工程中的应用

王曾辉

(福建船政交通职业学院，福建福州 350007)

0 引言

随着城市用地的日益紧张，建筑物不断向地下发展，现在，2层或3层的地下室在城市中已司空见惯。一般来说，2层地下室开挖深度在10 m左右，而3层地下室开挖深度将达到15 m，因此，对于深基坑支护结构的设计已成为众多工程师和学者的研究重点［1］。

深基坑支护的目的是在保证土方侧壁稳定的情况下使地下室得以顺利施工。对于城市中的基坑工程来说，由于周边环境复杂，用地红线局限，因此对土方侧壁的安全和稳定有着更高的要求，常用的基坑支护方法有桩+内支撑的形式，但对于某些平面形状不规则的基坑来说，怎样合理地布置内支撑才能使基坑支护安全经济且便于施工，成为一个亟待解决的课题。

针对这种情况，提出了钢筋混凝土环梁+辐射杆件的支撑形式，这种支撑形式是将基坑侧壁的土压力通过辐射杆件传递到中部环梁上，让环梁主要承受轴压力，充分利用了环梁的受力特征，有以下优点:

1)在基坑中部形成大面积的施工空间，方便土方开挖。

2)支撑体系主要受力构件为环梁，传力明确，环梁主要承受轴压力，充分发挥了混凝土结构抗压性能好的优点。

3)适用于形状不规则的基坑平面，支撑布置灵活。

本文以一个具体的深基坑工程为例，探讨该支护形式的实用性。

1 工程应用分析

1.1 工程概况

该基坑位于福建福州地区，地处市中心。项目基坑平面如图1所示。基坑周长约200 m，基坑挖深约为11.5 m。该项目基坑范围内影响土层主要为杂填土1.5 m～5 m，粘土0.8 m～3.5 m，淤泥3.4 m ～9.6 m，粉质粘土2.5 m ～9.8 m，其下为残积粘性土层，各土层参数如表1所示。

图1 基坑总平面布置图

表1 基坑支护范围内土体物理力学指标

综上所述，该基坑的特点为:

1)基坑平面形状不规则，布撑难度大。

2)基坑开挖较深且分布有较厚的淤泥层，基坑侧壁承受的土压力较大。

3)基坑地处市中心，周边存在既有建筑物及城市道路，要求基坑开挖对周边环境的影响降至最低。

1.2 方案选择

该基坑开挖较深且存在较厚软土层，地处市中心，对基坑的安全性和稳定性要求较高，因此建议采用钢板桩+钢内支撑或钢筋混凝土灌注桩+钢筋混凝土内支撑的支护方案。

钢板桩+钢内支撑结构的优点在于施工速度快，工期短，工程造价较低;缺点在于基坑位移较大，且需要的钢板桩长度较长，不易进入标贯较大的残积粘性土层。

钢筋混凝土灌注桩+钢筋混凝土内支撑结构的优点在于基坑的安全系数较高，基坑侧壁位移较小;缺点在于施工工期长且工程造价较高。

综合各方面因素考虑，最终采用钢筋混凝土灌注桩+钢筋混凝土内支撑结构形式，由于基坑平面形状不规则，较难布置对撑，因此采用环梁+辐射杆件的支撑形式。

1.3 计算分析

该基坑支护剖面如图2所示。

采用理正深基坑(F-SPW)软件进行计算，选取第二道支撑内力如图3，图4所示。

分析计算结果，可以得出以下结论:

1)第二道支撑内力比第一道支撑内力大得多。

2)辐射杆件所受轴力较小，环梁所受轴力较大，为主要的受力构件，需要较大截面［3］。

3)在基坑的角部及构件节点处，弯矩突然增大，对于这些部位应采取加强措施。

图2 基坑支护剖面图

图3 第二道内支撑轴力图

图4 第二道内支撑弯矩图

2 本基坑支护工程的设计关键

1)基坑侧壁土压力绝大部分传至环梁，因此必须保证环梁具有足够的截面尺寸，且根据环梁所受弯矩的方向，环梁需设计成扁梁［4］。

2)在杆件节点处弯矩突然增大，尤其在基坑四周的角部，因此对于杆件节点处必须加强，采用的方法是对梁进行加腋处理。

3)根据规范，立柱所受的轴力与支撑受力大小有关［2］，该基坑立柱所受轴力较大且高度较高，必须注意立柱的长细比控制，本工程采用槽钢加缀条格构式柱的形式。

4)第二道支撑支承在腰梁上，为保证上下两道支撑轴线位于同一竖直面内，第一道支撑与冠梁之间采用300 mm厚钢筋混凝土板连接。

5)基坑开挖深度范围内存在较厚淤泥层，因此在支护桩之间施工高压旋喷桩作为止泥帷幕，以防止淤泥流动造成的周边地表沉降。

6)本基坑开挖及支护应严格注意以下施工顺序:待第一、二道钢筋混凝土水平支撑体系施工并养护至设计强度后才可继续向下开挖;地下二层底板及传力带施工完成后才可拆除第二道水平支撑，地下一层楼板及传力带施工完成后才可拆除第一道水平支撑。

3 结语

1)对于基坑平面形状不规则，不易布置对撑的情况，采用环梁+辐射杆件是一个很好的选择。

2)环梁支撑形式为基坑开挖提供了较大的工作面，提高了工程的施工进度，具有极大地实用性。

3)环梁支撑的设计应着重考虑环梁截面及杆件节点处的承载力是否满足要求。

4)本基坑的设计计算以平面分析为主，在今后的工程实践中可综合考虑支撑体系的空间效应，这样可以在优化杆件的同时，降低造价。

5)工程监测数据表明，相比于一般的支撑结构，环梁支撑系统在支护桩顶部提供了更大的刚度，支护桩顶部的位移较小，这样可以将对周边环境的影响降至最低。

［1］李志明，熊 乾.软土地区深基坑环梁支撑体系的应用［J］.铁道标准设计，2000，12(12):62-63.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［4］曾律弦，潘 泓，肖四喜.深基坑环梁支护结构的性状分析［J］.四川建筑科学研究，2009，6(3):115-118.

［5］徐军林.混凝土环梁支撑体系在地铁深基坑中的设计应用［J］.交通科技，2011，6(3):51-53.