深基坑支护结构设计案例分析
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摘要：笔者利用理正基坑软件对某基坑支护工程进行了计算分析，各项数据均满足规范要求。实践表明，支护结构完全满足工程安全需要，确定了社会经济效益。
关键词：深基坑、支护结构、结构设计、理正软件
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
广州某高层建筑，总建筑面积为76877m2，其中地面42层，地下4层地面43层。工程位于市中心，施工场地狭小，四周与市政道路和已有建筑相邻，工程基坑开挖深度为14.5m，南北侧有市政道路，东西侧有已有建筑，其中东侧距离道路8m；西侧与一栋7层楼建筑相邻，相距9m；南侧到道路的距离只有7m，北侧与一栋16层建筑相距18m。
各土层主要物理性质参数详见见表1。
表1各土(岩)层主要物理力学参数指标值
1.2.2水文地质
地质勘察报告显示，工程场地内的地下水位埋深1.00～1.70m之间。
2 基坑支护方案选型
2.1设计标准
该基坑工程位于市中心，施工范围狭小，其中两面与市政道路相邻，另外两边周围都有建筑物，根据规范要求，该基坑的安全等级为一级，重要性系数取1.1。规范要求，基坑支护结构的最大水平位移不能超过30mm，也不能超出基坑深度的0.0025倍。
2.2基坑支护结构的选型
该建筑地下室共有四层，整个地下室平面内较为规则，底板厚度为850mm，标高为14.40m。工程所在地下水位较高。此外，基坑四周有道路和已有建筑，基坑施工面积较大，如果采用排桩支护的话，可以有效减少施工场地面积，减少基坑对周围建筑、道路的影响。通过专家研究，最后决定采用排桩外+锚杆（局部区域设置内撑两道）的施工方案，详见图1所示。
（1）排桩。为了减少施工对周围建筑物的干扰影响，排桩采用的是钻孔灌注桩，桩基深度达到16.5m，桩径为0.85m，桩间距离为1.1m。桩基中的钢筋笼主筋为Φ16@180，加强筋为Φ16@1500,箍筋为Φ10@180，桩身采用C30混凝土。
（2）锚杆。基坑共设有两道锚杆，锚杆直径均为150mm，其中，第一道锚杆位于桩顶-1.0m处，锚杆长度为9.8m，倾斜角为40°；第二道锚杆位于桩顶-6.7m处，倾斜角为25°，锚杆长度为10.2m。锚杆的轴向力设计值为420kN（第一道）、400kN（第二道）。
（3）冠梁。冠梁能有效提高基坑支护体系的整体刚度，本工程冠梁横截面为850mm×600mm，冠梁的配筋如下：梁上部、下部各设主筋2Φ20，中部设置构造钢筋4Φ18,箍筋则为Φ10@180（2），采用C30的混凝土。
3 基坑支护的计算
3.1计算软件的选用
采用理正基坑设计软件进行设计，该软件可以计算出基坑的内力分布、强度、沉降位移、水平位移，同时可以对基坑进行整体稳定性、抗隆验算分析。该软件在工程实践中大量应用，是我国基坑设计计算的常用软件。
3.2设计荷载
基坑设计主要考虑土压力、水压力的永久荷载，以及地面可变荷载。其中土压力采用沙土分离计算（地下水位以上）和水土合算（地下水位以下）的方法，基坑外侧水压力为钻孔初见水位，内侧则为坑底-0.5m处。地面活荷载按照基坑周围一米处18KPa超载进行计算，基坑出土区域按照45KPa超载进行计算。
3.3 施工工况分析
（1）分段完成钻孔灌注桩和搅拌桩止水帷幕的施工；
（2）平整施工场地，然后进行土体开挖至桩顶标高处；
（3）完成冠梁的施工，当冠梁混凝土强度达到设计强度的75%，进行第一道的锚杆施工，局部地方加设内撑；
（4）在上述锚杆和内撑达到设计强度后，继续进行土方开挖，一直挖到第二道锚杆标高处，要求不能超挖，然后进行第二道锚杆和内撑的施工。
（5）当第二道锚杆和内撑达到设计强度后，开挖土体到基坑底部，然后进行地下室的施工，一直施工到负二层后进行土体的回填，回填到负二层后拆除第二道的内撑。
（6）地下室施工到负一层，回填土，拆除第一道内撑。
（7）地下室施工完成，回填土。
3.4 计算工况
基坑计算时，按照下列工况进行计算：工况1：基坑开挖至-2.25m处；工况2：第一道锚杆和内撑施工完毕；工况2：基坑土方开挖-7.50m处；工况4：第二道锚杆和内撑施工完毕；工况5：土体开挖至-9.85m处。
3.5 计算结果分析
（1）基坑支护内力、位移计算
计算时，土压力采用的是弹性法和经典法两种模式。其中，工况5的计算结果见图2、图3。
图1工况5下的内力位移图图2 工况5下的内力位移包络图
从上述图表可以看到，该基坑最大设计弯矩分别为210.05 kN.m（基坑内侧）、203.30kN.m（基坑外侧），基坑的最大剪力值为169.35 kN，最大水平位移为25.67mm，可以看出，这些参数均满足设计规范的要求。
（2）整体稳定验算
整体稳定安全系数 Ks = 4.460；圆弧半径(m) R = 29.913；圆心坐标（1.005、17.452）
（3）抗倾覆安全系数
Mp———被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩, 其中锚杆力由等值梁法求得；
Ma———主动土压力对桩底的弯矩；
Ks = 4.371≥1.200, 满足规范要求。
（4）抗隆起验算：
1）Prandtl(普朗德尔)公式(Ks ≥1.1～1.2)，（安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部)）
Ks = 30.54≥1.1, 满足规范要求。
2）Terzaghi(太沙基)公式(Ks ≥1.15～1.25)（安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部)）
Ks = 37.847≥1.15, 满足规范要求。
（5）隆起量的计算
δ= 25(mm)
（6）抗管涌验算
抗管涌稳定安全系数(K≥1.5)。
K = 1.876＞1.5, 满足规范要求!
通过上述计算可以看出，桩-锚复合支护方案能满足设计规范的要求，有效验证了该方案的可靠性。
4 总结
(1)结构安全
目前，该工程已经施工完毕，施工过程中没有出现任何施工质量和安全问题，桩-锚复合支护方案合理，由此可见，该方案设计是安全可靠的。
(2)性价比高
工程实践表明，桩-锚复合支护方案的采用，相比先前的施工方案节约成本600余万元，节约了施工成本，确定了较好的经济效益。
(3)桩-锚支护结构在深基坑的应用，可为类似工程建设起到一定的参考作用。
参考文献：
[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
[3]《建筑基坑支护工程规程》（DBJ/T15-20-97）
[4]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
[5]《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GJB02-98）
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