深基坑桩墙式支护结构中圈梁的应用

深基坑桩墙式支护结构中圈梁的应用

金文勇1金华丽2

1、江苏地质基桩工程公司;2、江苏省地质矿产局第三地质大队

0引言国内外文献中有关专门研究支护结构中圈梁作用的很少，提到有圈梁支护结构的文献中多将圈梁视为安全储备,为了取得更好的经济效益和社会效益，试图通过变换圈梁的截面尺寸进行设计计算与工程实例进行对比，研究圈梁对桩顶的约束作用以及二者之间相对刚度的关系，确定符合实际情况的圈梁水平抗弯刚度对支护桩桩身弯矩、剪力和桩顶位移的影响。

关键词：深基坑；支护结构；圈梁

1深基坑支护结构设计与计算

目前深基坑的支护结构形式很多，根据基坑深度和地质条件的不同，支护形式也各不相同，其作用都是在基坑挖土期间挡土、挡水，保证基坑开挖和基础（地下室）结构施工能安全、顺利地进行，并在基础施工期间不对邻近的建筑物、道路和地下管线等产生危害[5]。

1.1深基坑支护结构设计

支护结构包括挡墙与支锚（拉锚）两部分，挡墙结构选型可分为钢板桩、钢筋混凝土板桩、钢筋混凝土钻孔灌注桩排桩挡墙、H型钢（或钢筋混凝土）支柱、木挡板支护挡墙、地下连续墙、深层搅拌水泥土桩排桩挡墙、高压旋喷桩排桩挡墙等。支撑系统可分为基坑内的支撑和基坑外的拉锚，其中基坑外的拉锚又分为挡墙顶部拉锚与土锚杆拉锚。目前支护结构挡墙的内支撑，常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类。

1.2深基坑支护结构计算

1.2.1非重力式支护结构计算

非重力式支护结构挡墙的破坏包括强度破坏和稳定性破坏[6]。其中强度破坏包括拉锚破坏或支撑压曲、支护墙底部走动、支护墙的平面变形过大或弯曲破坏；稳定性破坏包括墙后土体整体滑动失稳、坑底隆起、管涌等。

支护结构承受的荷载，一般包括土压力、水压力和墙后地面荷载引起的附加荷载。

（一）土压力

目前，对土压力的计算，仍然是简化后按库仑公式或朗肯公式进行计算，即假定土为砂砾，粘聚力c=0，此时，

2含圈梁的桩墙式支护结构的力学分析

本文重点研究悬臂式桩墙支护结构的特点与圈梁的影响作用。大多数基坑工程均为先降水后开挖的形式进行，即所谓的“干作业”，因此本文忽略水压力，主要分析土压力、桩身入土深度计算。

2.1桩侧土压力

土压力分布有多种形式，包括矩形、三角形、梯形和抛物线等。为了能够综合反映以上多种形式，土压力分布假定沿桩长呈三段式如图所示，其中包括一般实测的三角形土压力分布形式如图3所示[10]。

3徐州锦源大厦悬臂桩支护实例

3.1工程概况

拟建的锦源大厦位于徐州市解放北路和淮海东路交叉口的西北角，南侧为徐州市医药公司，东侧为解放路和建银大厦，北侧与电业局相距200m。

3.2工程水文地质条件

①层杂填土:杂色，松散，土质不均，含有大量建筑垃圾；

②层老城杂填土：灰~灰黑色，软塑，局部可塑，土质不均匀，以粉质粘土、淤泥质粉质粘土为主，局部含有青砖碎片；

③层淤泥质粘土：灰～灰褐色，饱和，流塑，土质均匀，韧性高，稍有光泽，干强度中等；

④老城杂填土：灰褐～灰黑色，软塑，局部可塑，土质不均，以粉质粘土、粘土、粉土为主，含少量的淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土，局部含有青砖碎片、青瓦碎片、有机腐殖质；

⑤层粉土-粉砂:灰黄色～灰绿色，湿，中密~密实，局部夹有薄层状粉质粘土，干强度低；

⑥层粘土：灰黄色，饱和，硬塑，含有铁锰结核、灰白色砂浆，有光泽，干强度高，韧性中等；

⑦粉质粘土:灰白～灰黄色，饱和，硬塑，粉粒含量较高，局部含有铁锰结核，稍有光泽，干强度高，韧性中等。

3.3基坑设计情况

基坑开挖深度为5.5m，支护采用钻孔灌注桩悬臂支护，桩长15m，止水采用在桩间施工高压旋喷桩，桩长9m，平面布置图见图4，悬臂支护结构剖面图见图5，圈梁配筋图见图6。

3.4圈梁与支护体系的内在联系分析

采用徐州锦源大厦的地质资料参数，取18种不同截面尺寸的圈梁进行计算，求出圈梁与支护桩的刚度比。详见表1。

表1圈梁与支护桩刚度比计算表

附注：1）b代表圈梁的宽度，h代表圈梁的高度；

2）E1代表圈梁的弹性模量，E2代表支护桩的弹性模量；

3）I1代表圈梁的截面惯性矩，I2代表支护桩的圆形截面矩；

4）E1I1代表圈梁的抗弯刚度，E2I2代表支护桩桩身抗弯刚度；

根据上述求出的不同的圈梁与支护桩的刚度比，求出支护体系的桩顶位移、桩身弯矩和桩身剪力。这里简单列举图7无圈梁时位移、弯矩和剪力图，图8有圈梁时b×h=1.0m×0.5m位移、弯矩和剪力图。

图8位移、弯矩和剪力图（有圈梁时，b×h=1.0m×0.5m）

这里列举了无圈梁和有圈梁，b×h=1.0m×0.5m时的位移、弯矩和剪力图。通过计算可以看出位移随着圈梁与支护桩刚度比的增大而减小，桩身弯矩也随着圈梁与支护桩刚度比的变化而变化，桩身剪力也随着圈梁与支护桩刚度比的变化而变化。在实际工程中，该项目采用圈梁宽1200mm，高度为800mm，支护桩桩径为1000mm，圈梁与支护桩刚度比为2.576917进行施工的，通过后期监测发现效果较好。

4结论与建议

本文在理论分析、成功经验总结，对悬臂桩支护体系中圈梁的作用进行了分析与探讨，研究了圈梁水平抗弯刚度对支护桩桩身弯矩、剪力和桩顶位移的影响，并得出了以下的结论:

（1）桩顶位移随着圈梁与支护桩抗弯刚度比的增加而减小，同时圈梁的水平抗弯刚度的增加，不仅使桩顶位移随之减小，而且桩顶位移的变化范围也相应减小，可见圈梁对桩顶位移的有效控制作用十分明显。

（2）桩身弯矩随着圈梁与支护桩刚度比的变化而变化，说明桩顶圈梁的约束力抵消了部分由土压力产生的弯矩，圈梁改变了桩身的内力条件，减小了相应的弯矩值，增加了桩的稳定性。圈梁的约束作用越强，其效果越明显。

参考文献:

[1]赵锡宏，陈志明，胡中雄等,高层建筑深基坑围护工程实践与分析,同济大学出版社，1996：172-183

[2]陈善温，卢肇钧院士科技论文选集,中国建筑工业出版社，1997：174-178

[3]建筑法规全书编委会,建筑法规全书,地震出版社，1995：387-726