硬塑状黏土层首道砼支撑对深基坑开挖变形及稳定性的影响

张 学

（中铁二十四局集团安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

深基坑工程支护体系第一道支撑往往采用砼支撑，主要考虑砼支撑具有刚度大、整体变形小、既能受压、又能受拉、亦经得起施工设备的撞击等优点，有利于基坑的稳定性。但深基坑的支护体系往往是临时构件，结构施工期间支撑需要拆除，因此砼支撑无法重复使用、拆除工作量大、造假高等缺点也相对较为明显，另外对于工期较紧的工程，砼支撑的混凝土等强时间也严重影响了施工进度。

部分深基坑工程开挖面位于硬塑状土层，土体液性指数低，抗剪强度高，基坑开挖过程中围护结构变形控制及整体稳定性较好，可考虑优化首道砼支撑。文章通过某快速路下穿合肥市郎溪立交桥深基坑工程实例，对首道砼支撑进行优化，既节省了工程造价，又缩短了工期。

1 工程概况

合肥市某工程深基坑（图1）工程长272 m，宽30 m，基坑为渐变段，最大深度7.1 m，最小深度2.5 m。初步设计方案围护结构采用直径1 m咬合桩，咬合长度0.2 m，其中A桩采用C30钢筋砼灌注桩，B桩采用C25钢筋砼灌注桩，支撑体系采用一道砼支撑。

图1 基坑位置图

基坑所处地层上部为2 m厚杂填土，局部存在③层可塑状粉质黏土，层厚不超过0.5 m，其余均处于⑤层硬塑状粘土层。

由于⑤层粘土层为硬塑状，土层物理力学性质较好，且工期较紧，取消首到砼支撑可缩短工期一个月以上，因此设计方案进行变更，在原有围护结构不变的条件下取消收到砼支撑（图2）。

图2 基坑围护大样图

2 设计方案对比

根据龚晓南对基坑变形总结，原设计方案的基坑变形预测为弓式（图3）：上下端变形较小，中上部位置呈内凸状；优化后设计方案的基坑变形预测为前倾式：墙顶位移较大，随后变形逐渐减小，整体呈倒三角形。

图3 基坑变形预测

为达到基坑开挖稳定性及变形控制要求，对基坑最不利断面初步设计方案及优化后方案进行理论计算对比。《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）对一级基坑的要求如下：整体稳定安全系数Ks＞1.35，抗倾覆(对支护底取矩)稳定性验算Kov＞1.250；支护底部，验算抗隆起Ks＞2.200。

可塑状粉质黏土土层参数取值如表1所示：

表1 粉质黏土土层参数表

基坑周边荷载考虑为20 kPa，距基坑2 m，距离宽度为20 m。

整体稳定计算方法采用瑞典条分法。

抗倾覆(对支护底取矩)稳定性验算采用被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩与主动土压力对桩底的倾覆弯矩比值确定：

抗隆起验算，从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性：

最终计算结果如表2所示。

表2 验算结果对比表

围护结构变形计算结果如图4所示。计算结果显示，优化后的设计方案整体稳定安全系数、抗倾覆稳定、抗隆起稳定性相差不大，且均能满足规范要求。优化后的基坑围护结构上部无砼支撑支护，围护桩形成悬臂结构，顶部出现一定位移，但整体变形为5.73 mm，地表沉降8 mm，远小于《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497-2019）所规定围护结构深层水平位移40 mm、地表沉降45 mm的变形控制要求。因此优化设计方案可行。

图4 基坑变形计算结果

3 结论

经设计验算通过后，本工程按优化后的设计方案实施，施工期间未出现围护结构变形速率超控制值或滑坡等风。基坑最终变形为6.3 mm，整体工期较计划工期缩短了72 d，且大大减少了施工费用。

设计应结合实际情况选择合理的支护体系，在地质条件较好、土体强度高的区域开展深基坑工程首道砼支撑无法重复发挥作用，在经过设计论证后可取消。