深基坑环形内支撑支护设计应用

传统基坑支护体系的内支撑存在着各种各样的缺陷。例如：锚杆不仅造价昂贵，而且在基坑周围的范围内布满钢筋(索)混凝土锚体，为今后城市的发展留下隐患；钢支撑耗钢量大，还会影响基坑内的作业空间。钢筋混凝土环形内支撑充分地利用环形结构良好的受力特性和混凝土的抗压性能，使其达到安全、经济、符合环保要求，又利于施工的目的，现将环形内支撑的设计及计算方法介绍如下。

一、环形内支撑的构造

环形内支撑的平面布置可根据基坑的尺寸设计成圆形、椭圆形或其它弧形。截面尺寸宽度为1200～2000mm，高600～lO00mm，全截面配筋，砼强度等级为C30～C40。图1是某工程圆形内支撑布置图。一般来说，基坑侧壁的荷载通过整体现浇板或梁传到环梁上。为了保证环梁的受力合理，在进行结构布置时应尽可能利用板向环梁传递荷载。

二、环形内支撑的布置

1．水平布置

对于基坑平面为正方形或近似方形时，可采取圆形内环支撑；对于长方形基坑可采用椭圆形支撑，如图2所示。而对于窄长形或不规则形的基坑，则应采用2个或2个以上圆环或其它曲线进行组合，如图3所示。

图3 不规则基坑平面环形内支撑布置示意(单位：mm)

2．竖向布置

由于环形支撑的刚度较大，对广州地区一般地质情况而言，基坑开挖深度在11m内可设一道支撑，而对于开挖深度超过llm的基坑，可根据计算设计1～2道支撑。在确定支撑的竖向位置时，应注意尽量避开地下室的楼层结构。

三、计算与分析

1．计算方法

由于支撑与挡土排桩的受力及变形相关，二者的变形必须保持协调一致，受力应保持平衡，因此，分析计算方法是采用反复迭代的方式来进行。

2．挡土桩的受力与变形

挡土桩的计算模型可采用集中力弹簧模型，根据钢筋混凝土环形支撑的刚度可计算出挡土桩的弯矩、位移、剪力、桩前土反力等。

3．环梁结构支撑的受力与变形

根据上述步骤计算的挡土桩对环梁支撑的作用力可认为它均匀地反作用于冠梁或腰梁上，视冠梁或腰梁与环梁结构为一整体，应用有限元分析的计算模型，可计算出环梁结构各点的位移及应力分布。

四、设计实例

1．工程概况

广州市某21层框—剪结构体系(含2层地下室)，地下室开挖深度为8．5m(由原地面计起)，该建筑物基坑边线南临珠宝街路；东贴龙津西路、逢源路；北面为龙津西路，其中一段有一旧建筑物未拆除，作为施工临设使用，西面为旧式建筑(幼儿园等)，其已临近基坑边几乎没有退缩。由于种种原因，该工程在挡土桩完工后施工基础挖孔桩时已引起了周围地面下沉，房屋开裂，为了保证在深基坑土方开挖过程中周边建筑物、市政管线及道路不再出现裂缝，业主决定在基础土方开挖前对原基坑支护方案进行重新研究没计。

本基坑原围护桩采用钻孔灌注排桩，外加旋喷桩形成止水帷幕。为了充分利用原有的挡土桩并满足业主提出的周围建筑物及市政设施不再受损的要求，必须控制基坑土方开挖过程中围护结构的变形，为此选择了环梁结构作为本基坑的支撑体系，并对该体系进行了深入研究和优化设计。

2．地质概况

根据业主提供的钻探资料，场地由上至下依次为：人工填土层、淤泥质土、细砂、淤泥、粉质粘土、砾砂、残积土层。本层为泥质粉砂岩及粉砂岩风化而成的粉质粘土，局部为粉土，呈浅黄、褐红色，湿，硬塑状为主，局部可塑及坚硬状，顶面埋深12.0～17.9m，厚度2.6～9.6m。

本场地基岩层顶面埋深15～18.40m。场内地下水主要是微承压水，水位埋深约-1.0。

3．计算过程与结果

(1)挡土桩

钢筋混凝土环形支撑刚度分别取2.5×105kN／m(基坑边线中部)及10×105kN／m(基坑边线面部)，计算出支护桩的弯矩、位移、剪力、桩前土反力，其中桩的最大计算弯矩为469.6kN／m，桩的最大位移发生在支护桩顶以下5m左右，基值最大为13.7mm，支护桩对环梁支撑的力为185kN／m。支护桩配筋10φ25和6φ20，抵抗弯矩为650kN／m满足要求。

(2)环梁

取支护桩对环梁支撑的作用力为185kN／m．连系梁和环梁厚度取700mm，连接板厚度取200mm。运用有限元法，按平面应力问题可算出环梁的应力与变形。支撑系统的受力计算结果如图4、5所示。从上述结果可以看出，支撑最大变形为7～8mm，发生于基坑的长边中部，其余部位位移较小，环形梁和支撑均呈压应力状态，达到了设计所要求的目标。

5．变形观测结果

根据监测单位提供的观测资料，环梁的位移最大值约为10mm，这一结果与理论计算值相吻合，亦满足设计要求。

作者：周湘渝 邱俊琛