钢支撑支锚刚度对基坑围护结构的影响研究

张熙鹏

(中铁十八局市政工程有限公司，天津 300300)

1 工程概况

潘墩站位于福州市仓山区林浦路，线路沿林浦路南北向路中布置，车站北侧地块为闽江世纪城的世纪金源购物中心、永辉超市及其配套商业区，西侧地块有零星建筑，地块规划为红星美凯龙世博家居广场，南侧地块现有丰田4S店，东侧地块为在建印象外滩商业住宅。

地铁深基坑深度16.3m，采用钻孔灌注桩+内支撑支护型式，安全等级为一级[1-2]。采用φ800@1300mm的钻孔灌注桩，嵌固深度9m，混凝土强度等级C35，支撑体系第一道采用800mm×1000mm混凝土支撑，第二、三道支撑采用16mmφ800钢管撑(见图1)。

图1 基坑围护剖面

2 工程地质条件

土层物理力学指标见表1。

表1 土层物理力学指标

3 计算分析

运用控制变量法，取200MN/m2、300MN/m2、400MN/m2、500MN/m2和600MN/m2五种钢支撑支锚刚度。运用理正深基坑软件进行计算，根据其结果来探究钢支撑支锚刚度对围护墙结构的影响[3]。

3.1 不同支撑支锚刚度对支护结构最大侧向位移的影响

总结提取不同钢支撑支锚刚度时支护结构最大侧向位移数值，形成图表研究不同嵌固深度对支护结构最大侧向位移的影响(见图2)。

图2 不同钢支撑支锚刚度对支护结构最大侧向位移影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2逐级增大到600MN/m2，支护结构侧移由14.1 mm逐渐减小到11.5 mm。说明随着支锚刚度的增大，钢支撑自身截面加强，在基坑施工的过程中自身有较强抵抗外界抗力的能力，能较好地控制支护结构的变形。

3.2 不同钢支撑支锚刚度对支护结构内力的影响

3.2.1 不同钢支撑支锚刚度对支护结构背土侧最大弯矩的影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到300 MN/m2，支护结构背土侧最大弯矩由790.5kN·m减小到726.4kN·m；而后随着钢支撑支锚刚度增大到400MN/m2，支护结构背土侧最大弯矩增大到750.4 kN·m；最后随着钢支撑支锚刚度增大到600MN/m2，支护结构背土侧最大弯矩减小到726.4kN·m。说明随着支锚刚度的增大，钢支撑自身截面加强，支护结构背土侧最大弯矩在支锚刚度为300MN/m2出现拐点，整体呈现减小的趋势。图3为钢支撑支锚刚度对支护结构背土侧最大弯矩的影响。

图3 不同钢支撑支锚刚度对支护结构背土侧最大弯矩影响

3.2.2 不同钢支撑支锚刚度对支护结构迎土侧最大弯矩的影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到600 MN/m2，支护结构迎土侧最大弯矩由486kN·m增加到635.8kN·m。说明随着支锚刚度的增大，支护结构迎土侧最大弯矩整体呈现增大的趋势[4]。图4为不同钢支撑支锚刚度对支护结构迎土侧最大弯矩的影响。

图4 不同钢支撑支锚刚度对支护结构迎土侧最大弯矩影响

3.2.3 不同钢支撑支锚刚度对支护结构背土侧最大剪力的影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到300 MN/m2，支护结构的背土侧最大剪力由419.8kN降到384.6kN，减小了35.2kN，减小比例为8.4%；而后随着钢支撑支锚刚度增大到400MN/m2，支护结构背土侧最大剪力增加到406.4kN；最后随着钢支撑支锚刚度增大到600MN/m2，支护结构背土侧最大剪力减小到403.5kN。支锚刚度从400MN/m2增加到600MN/m2时，支护结构背土侧最大剪力值略有减小，但差距不大。说明钢支撑支锚刚度增长到某一限值时，如再增加，对围护结构背土侧最大剪力影响不大[5]。图5为不同钢支撑支锚刚度对支护结构背土侧最大剪力的影响。

图5 不同钢支撑支锚刚度对支护结构背土侧最大剪力影响

3.2.4 不同钢支撑支锚刚度对支护结构迎土侧最大剪力的影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到300MN/m2，支护结构的迎土侧最大剪力由518 kN降到493.7 kN，减小了24.3 kN，减小比例为4.7%；而后随着钢支撑支锚刚度增大到600MN/m2，支护结构迎土侧最大剪力增加到564 kN。说明随着钢支撑支锚刚度的逐级增加，支护结构迎土侧最大弯矩呈现先减小而后继续增大的趋势，当支锚刚度为300MN/m2时，支护结构迎土侧最大剪力值最小为493.7kN。图6为不同钢支撑支锚刚度对支护结构迎土侧最大剪力的影响。

图6 不同钢支撑支锚刚度对支护结构迎土侧最大剪力影响

3.3 不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降的影响

3.3.1 不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降最大值的影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到600MN/m2，基坑周边地表沉降最大值由14.8mm降到12.2mm，减小了2.6mm，减小比例为17.6%。说明基坑周边地表沉降对钢支撑的支锚刚度变化较为敏感[6]。随着钢支撑支锚刚度的逐级增加，基坑周边地表沉降最大值逐级减小[7]；增加钢支撑的支锚刚度能较好地控制基坑周边地表沉降。图7为不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降最大值的影响。

图7 不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降最大值影响

3.3.2 不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降最大值发生位置的影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到300MN/m2，基坑周边地表沉降最大值发生位置从距离基坑边12.2m减小到12.0m；而后随着钢支撑支锚刚度逐级增加到600MN/m2时，基坑周边地表沉降最大值发生位置逐渐远离基坑边，距离为12.2m，且钢支撑支锚刚度从400MN/m2增大到600MN/m2时，基坑周边地表沉降最大值发生位置稳定在距离基坑边12.2m处。图8为不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降最大值发生位置的影响。

图8 不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降最大值发生位置影响

3.3.3 不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降范围的影响

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到300MN/m2，基坑周边地表沉降范围迅速降低；而后随着钢支撑支锚刚度逐级增加到600MN/m2时，基坑周边地表沉降范围逐渐急速增加，并趋于收敛。说明钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降范围的影响较大，当支锚刚度为300MN/m2时，对基坑周边地表沉降范围影响最小[8]，影响半径为24.0m。图9为不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降范围的影响。

图9 不同钢支撑支锚刚度对基坑周边地表沉降范围影响

4 结 论

随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2逐级增大到600MN/m2，支护结构侧移由14.1mm逐渐减小到11.5mm；随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到300MN/m2，支护结构背土侧最大弯矩整体呈现减小的趋势；迎土侧最大弯矩整体呈现增大的趋势；随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到600MN/m2，支护结构背土侧最大剪力值略有减小，但差距不大；随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到300MN/m2，支护结构的迎土侧最大剪力由518kN降到493.7kN，减小了24.3kN，减小比例为4.7%；而后随着钢支撑支锚刚度增大到600MN/m2，支护结构迎土侧最大剪力增加到564kN。说明随着钢支撑支锚刚度的逐级增加，支护结构迎土侧最大弯矩呈现先减小而后继续增大的趋势，当支锚刚度为300MN/m2时，支护结构迎土侧最大剪力值最小，为493.7kN；随着钢支撑支锚刚度从200MN/m2增大到600MN/m2，基坑周边地表沉降对钢支撑的支锚刚度变化较为敏感，基坑周边地表沉降最大值逐级减小；增加钢支撑的支锚刚度能较好地控制基坑周边地表沉降；基坑周边地表沉降最大值发生位置稳定在距离基坑边12.2m处。