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    以实际基坑工程为背景,分析了阳角部位不同支护方式对阳角部位位移及内力分布的影响,以期对基坑阳角部位的支护方式的选择提供借鉴作用。 关键词支护结构、阳角部位、对比分析 引言 在房屋密集的市区,由于用地的限制,基坑平面往往很不规则,基坑边线凹凸不平,出现较多的阳角部位。由于空间效应的影响,基坑阳角部位受力情况复杂,此部位往往是基坑安全的风险点。本文结合工程实例,对阳角部位不同的支护方式,进行分析计算,并相互对比,以期对基坑阳角部位的支护方式的选择提供参考。 1工程概况 某商业大厦基坑,深约11.3m,基坑宽约115m,长约115m,基坑工程安全等级为一级。本基坑东北侧为某主干道,东南侧为3~4层建筑物(距离本基坑最近约6.1m),南侧为2~3层民房(距离本基坑最近约4.3m),西侧为三栋7层住宅楼(距离本基坑最近约8.3m),约40m处有地铁出入口,某拟建地铁隧道呈南北向自西南侧基坑底下穿过。 2工程与水文地质概况 本基坑场地土层,从上到下依次为人工填土、粉质粘土、中砂、全风化岩、强风化岩、中风化岩、微风化岩。开挖范围主要为人工填土、粉质粘土、中砂、粉质粘土。基底主要位于<3-1>粉质粘土、粉土和<3-2>粉质粘土、粉土中。岩土主要物理力学参数见表2.1-1。 层号 岩土层名称 状态 重度γ(kN/m3) 直接快剪 土、岩体与锚固体极限摩阻力标准值qs(kPa) 粘聚力C(kPa) 内摩擦角Ф(0) <1> 人工填土 已压实 19* 10* 15* 22 <2-1> 粉质粘土 可塑 19.0 22.5 12.5 70 <2-2> 中砂 稍密 18.2 / 20.0 30 <3-1> 粉质粘土、粉土 可塑 19.5 22.5 12.5 70 <3-2> 粉质粘土、粉土 硬塑 20.0 22.5 15.5 80 <4-1> 全风化岩 坚硬土状 20.5 31.5 16.0 90 <4-2> 强风化岩 半岩半土状 21.0 32.0 16.5 200 <4-3> 中风化岩 块状、短柱状 / / / 350 <4-4> 微风化岩 短~长柱状 / / / 400 钻探期间测得静止地下水位埋深1.20~3.20m,地下水位埋深较浅。 3基坑支护方案 根据场地岩土工程地质勘察报告,并结合场地周边的环境情况及施工工期影响,本工程的基坑支护方案采用钻孔灌注桩预应力锚索(局部砼内支撑)的支护形式,采用桩间φ600双管旋喷桩止水。其中基坑阳角两翼,靠阴角侧为内支撑支护,另一侧为预应力锚索支护。 4基坑阳角部位支护形式 本基坑有三处阳角部位,阳角两翼靠阴角侧为内支撑支护,另一侧为预应力锚索支护。靠阴角侧的内支撑布置方式,对阳角部位的支护结构受力及变形影响显著。下面就本基坑其中一典型阳角部位的几种内支撑布置方式进行整体计算分析,以选取较为合理的布置方式。 几种支护方式 图4.1支护形式布置图 如图4.1所示,本阳角部位支护桩为直径1200mm间距1400mm的钻孔灌注桩,内支撑尺寸为600mmX800mm,内支撑两侧为预应力锚索支护。 2)计算模式 采用整体分析功能较强的理正深基坑支护分析软件整体计算,为有限元法(全量法)真三维计算,为考虑了支护结构、内支撑结构及土空间整体协同作用的线弹性有限元分析方法。 计算模式为主动侧土体简化成主动土压力,被动侧开挖面以下的土体简化成水平弹簧,支护结构有限元剖分。基坑整体计算可以加锚杆,但不进行锚杆设计,只是在整体计算中考虑锚杆的刚度。 3)计算结果及分析 (1)支护形式①与②比较 支护形式①与②基本一致,仅支护形式①在阳角外侧增加了一根混凝土构件。计算结果如下 支护形式 阳角点位移(mm) 靠阴角侧冠梁最大位移(mm) 阴角侧冠梁最大位移(mm) 支撑1(长) 轴力(kN) (负值受压) 支撑2(短)轴力(kN) (负值受压) 支撑3(外侧)轴力(kN) (负值受压) ① 6.05 6.35 6.82 -203 -2135 -17 ② 5.35 5.77 6.49 -295 -2096 __ 由以上表格数据对比可知,支护形式①外侧增设的混凝土构件未起作用,且导致①的变形量较②有所增加,因此,此二者中支护形式②较①合理。 (2)支护形式②与③比较 支护形式②与③比较,均为两条内支撑,其中②的长支撑点位于阳角点,而③的长支撑点往阴角侧内缩,距离阳角点约2m。计算结果如下 支护形式 阳角点位移(mm) 靠阴角侧冠梁最大位移(mm) 阴角侧冠梁最大位移(mm) 支撑1(长) 轴力(kN) (负值受压) 支撑2(短)轴力(kN) (负值受压) ② 5.35 5.77 6.49 -295 -2096 ③ 4.88 5.54 5.01 -431 -1703 由以上表格数据对比可知,支护形式③的长支撑点往阴角侧内缩后,比支护形式②长支撑轴力有所增长,而短支撑轴力有所减小,同时变形量也有所下降,因此,此二者中支护形式③较②合理。 (3)支护形式①与④比较 支护形式①与④基本一致,只是在阳角外侧各增加的一根混凝土构件角度不同。计算结果如下 支护形式 阳角点位移(mm) 靠阴角侧冠梁最大位移(mm) 阴角侧冠梁最大位移(mm) 支撑1(长) 轴力(kN) (负值受压) 支撑2(短)轴力(kN) (负值受压) 支撑3(外侧)轴力(kN) (负值受压) ① 6.05 6.35 6.82 -203 -2135 -17 ④ 6.02 6.45 6.71 -379 -828 155(受拉) 由以上表格数据对比可知,支护形式④阳角外侧混凝土构件角度下,轴力为拉力,发挥了预想的效果,协调了阳角部位的内力分布,且使基坑内的支撑轴力分布更趋于合理,因此,此二者中支护形式④较①合理。 (4)支护形式②与⑤比较 支护形式②与⑤比较,②有两条内支撑,而⑤只有一条内支撑,其支撑点往阴角侧内缩,距离阳角点约4.5m。计算结果如下 支护形式 阳角点位移(mm) 靠阴角侧冠梁最大位移(mm) 阴角侧冠梁最大位移(mm) 支撑1(长) 轴力(kN) (负值受压) 支撑2(短)轴力(kN) (负值受压) ② 5.35 5.77 6.49 -295 -2096 ⑤ 4.92 6.61 4.84 __ -1303 由以上表格数据对比可知,支护形式⑤节省了一条内支撑,同时增大了靠阴角侧冠梁最大位移,但其余变形均有所减少,且轴力比②的短支撑轴力下降较多,综合比较,此二者中支护形式⑤较②经济合理。 (5)支护形式⑤与⑥比较 支护形式⑤与⑥基本一致,仅支护形式⑥在阳角外侧增加了一根混凝土构件。计算结果如下 支护形式 阳角点位移(mm) 靠阴角侧冠梁最大位移(mm) 阴角侧冠梁最大位移(mm) 支撑1(内侧)轴力(kN) (负值受压) 支撑2(外侧)轴力(kN) (负值受压) ⑤ 4.92 6.61 4.84 -1303 __ ⑥ 4.92 6.42 4.84 -1246 447(受拉) 由以上表格数据对比可知,支护形式⑥在阳角外侧增加了一根混凝土构件后,对阳角点及阴角侧冠梁最大位移没有影响,仅减小了靠阴角侧冠梁最大位移,但外侧混凝土构件受拉,发挥了预想的效果,协调了阳角部位的内力分布,且减小了内侧支撑的轴力。此二者中支护形式⑥较⑤合理。 经以上几种支护形式的相互对比,支护形式合理趋势如下③>②>①,④>①,⑥>⑤>②。本质上③和⑤是一致的,其支撑点都往阴角侧内缩后,内支撑两端传来土压力的基坑边长接近,使得支撑两端的位移趋于均匀,而不致像支护形式②过多的阴角侧土压力传至阳角部位。同时,经以上比较显示,当支撑点往阴角侧内缩后,若在阳角外侧再增加一受拉混凝土构件,则有利于协调阳角部位的内力分布,增强了阳角部位支护体系的整体性。 5结论 通过对某基坑典型阳角部位多种支护形式的计算对比,对于阳角部位,靠阴角侧的内支撑的支撑点宜往阴角侧内缩,内缩距离按内支撑两端传来土压力近似相等的原则确定,同时在阳角外侧再增加一受拉混凝土构件,以增加阳角部位支护体系的整体性,协调阳角部位的内力分布。此布置方式不仅减少了支撑长度,并且使土压力分配及围护结构变形更为科学合理。 参考文献 广州市标准《广州地区建筑基坑支护技术规定》(GBJ02-98) 刘建航候学渊《基坑工程手册》中国建筑工业出版社1997年4月第一版 注文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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