深厚淤泥地层利用尺寸效应的基坑支护设计

深厚淤泥地层利用尺寸效应的基坑支护设计

乔有梁

1.广东省水利水电科学研究院；2.广东省岩土工程技术研究中心广州510635

摘要：为方便基坑施工，一般设计不希望采用内支撑的体系。但对于锚索无法施工的区域，可采用中心岛或双排桩的支护形式满足。文中，在双排桩支护形式的基础上加以优化，采用水泥土墙支护形式+大尺寸冠梁的形式，成功设计了在深厚淤泥层中的深基坑支护项目，可作为同类项目的参考。

关键词：基坑支护；冠梁刚度；尺寸效应

前言

为方便基坑施工，一般我们设计不采用内支撑的体系。采用内支撑的基坑由于内支撑的施工和拆除需要较长的时间，同时由于支撑的限制，桩基础一般需要在地面施工，对土方开挖造成一定的影响，尤其是在软土地层。为避免设置内支撑，可以采用锚索体系。但对于某些地区，锚索使用受限制的区域，如周边存在重要地下建筑或政策不允许的情况，以及淤泥层深厚的区域。

一般来讲，对于尺寸较大的基坑，一般不考虑冠梁的刚度对基坑的有利作用，主要利用支撑或锚索的压力或拉力来增加基坑的刚度，控制基坑的变形。但是对于尺寸较小的，如有效的利用基坑支护的整体尺寸效应，可起到良好的经济效果。

1、冠梁刚度的考虑

基坑支护设计支撑结构设计的时候，对于计算长度大于10m的冠梁，在理正深基坑软件中计算建议取0，即不考虑冠梁的水平刚度，而是把冠梁刚度作为一种安全储备。文1采用有限元软件对冠梁尺寸为600*500mm冠梁进行尺寸研究，其推导出冠梁刚度计算公式为：K=384EI/L4（1.1）。

冠梁长度=10.0米时，期跨中刚度为10.8MN/m，冠梁长度=20.0米时，期跨中刚度为0.68MN/m。由于冠梁的刚度与跨度的4次方成正比，因此，基坑尺寸对冠梁的刚度影响很大。

2、冠梁刚度的应用

由于冠梁的刚度与长度成反比，与冠梁的刚度EI成正比。因此，我们可以采用增加冠梁尺寸的方法来增加冠梁刚度的方法。事实上，双排桩支护形式也是在一定程度上也是采用增大冠梁尺寸的方法来控制基坑变形和支护桩受力。冠梁的刚度EI与冠梁的宽度B的3次方成正比，这在很大程度上抵消了由于跨度增大引起的冠梁刚度的减弱。

3、工程实际应用

3.1工程概况：

广州市的珠江边某基坑，地处官州水道侧，基坑开挖深度6.0米，局部电梯井开挖深度8.4米。根据地勘报告，场地内存在深厚的淤泥层，淤泥层最大深度为16.0米。

根据广州大学林本海教授[2]对广东地区淤泥层区域分组来看，该场地淤泥位于万顷沙组。淤泥灵敏度高、有机质含量高，孔隙比大，强度较低。

场地周边场地较为空阔，地下室边线距离用地红线边距离均大于8.0米，但由于场地北侧存在规划地铁线路，根据地铁部门要求，北侧不能采用锚索支撑体系。

基坑尺寸为69*56米，其平面图如图3.1.1所示

3.2基坑支护方案：

本工程地下室基本呈正方形分布，基坑周边较为空阔。综合考虑该基坑的开挖深度、地形地质情况和周边环境等情况，本基坑采用以下支护型式：

采用水泥土墙+坑内加固支护型式；电梯井位置内侧采用水泥土墙+坑内加固支护型式，考虑场地周边环境场地尺寸较小，在基坑顶部设置400厚钢筋混凝土板，可有效的增加基坑整体刚度，控制基坑变形。

一般来讲，在周边允许的情况下，通常我们会将上部填土1.0~2.0米高度进行放坡。这样做有两个好处：第一，可减少支护结构的长度，降低工程造价；第二，方便后期管线施工，不必破除前期施工支护结构。本项目中，由于周边场地用地紧张，根据施工单位要求，顶部不进行放坡，直接在地面设置4.45*0.4米混凝土板，作为支护结构的压顶梁，同时兼做施工场地平台。

基坑支护典型支护剖面如3.2.1所示：

图3.2.1非电梯井位置典型支护剖面

在非电梯井区域，基坑开挖深度5.5米，设计采用4.45米宽水泥土墙，支护深度与墙宽比约为0.81。考虑基坑顶部混凝土的板的作用，基坑变形应该能够控制在规范允许范围内。

但在电梯井位置，由于电梯井及承台埋深约3.0米，基坑开挖深度达到8.4米，单纯采用水泥土墙支护难以满足要求。因此设计考虑除了在外侧支护结构顶部设置钢筋混凝土板外，同时要求电梯井坑中坑顶部同样设置混凝土板，并且内侧混凝土与外侧支护桩连接部分要求形成整体，这样相当于在基坑中部增加一道支撑，基坑支护典型支护剖面如3.4所示。

4、结语

充分利用基坑的尺寸效应和冠梁的刚度，可以有效的控制基坑变形和支护结构受力。在锚索不能施工的区域，可以考虑采用增大冠梁的方式来提供支撑力。文中的事例，充分利用了冠梁的刚度和支撑作用，在深厚淤泥层地区，采用水泥土墙的支护形式，得到了良好的支护效果，加快了施工进度，同时节约了成本。本文设计思路可为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]李兆源基坑冠梁水平侧向刚度的讨论《城市建设理论研究：电子版》，2012（15）

[2]林本海广东岩土地层特点与地层归一性划分方法建筑监督检测与造价2009.01

[3]杨光华深基坑支护结构的使用计算方法及其应用[M].北京地质出版社，2004，48页

[4]中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012

[5]中华人民共和国国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009