王秀婷，张世民，王成宗，李权波（.安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南　00；.浙江大学 城市学院，浙江 杭州　005；.中铁十七局集团有限公司，山西 太原　00000；.中冶建工集团有限公司，重庆　0008）

板肋式锚杆挡土墙支护在深基坑工程中的应用

王秀婷1，张世民2，王成宗3，李权波4
（1.安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南232001；2.浙江大学 城市学院，浙江 杭州310015；3.中铁十七局集团有限公司，山西 太原030000；4.中冶建工集团有限公司，重庆400082）

以西南一城市综合换乘枢纽站改造深基坑支护工程为例，结合工程所在区域的地质条件、场地情况和周边环境，重点分析了板肋式锚杆挡土墙锚杆、肋柱、挡土板的设计方法和施工程序，并建模计算了支护结构的内力和加固效果。结果表明，板肋式锚杆挡土墙支护能改善基坑整体和局部稳定性，可为类似工程提供参考。

深基坑；板肋式锚杆挡土墙支护；FLAC-3D；稳定性分析

在城市化的快速发展过程中，城市道路的扩建和改建，城市商业中心和综合交通枢纽的建设，以及地铁工程施工中，常可见到深基坑。挡土墙作为一种支挡结构可有效维护基坑及其周边建筑物的稳定，因而工程应用日趋频繁。挡土墙结构可划分为重力式［1］、悬臂式、扶壁式［2］、减力板式、锚杆式［3］等。其中板肋式锚杆挡土墙由于结构轻便，减少空间占有率，而且可机械化施工，减少人力成本的特点，被大量运用于城市建筑深基坑支护设计中。廖奇云［4］较早阐明板肋式锚杆挡土墙的施工方法；崔国庆等［5-6］探讨了将板肋式锚杆挡土墙加固方案运用在公路边坡加固工程中的效果；罗江波［7］分析了某边坡失稳原因，在二次支护中运用了锚杆挡土墙支护，并取得较好的加固效果。

本文以西南一城市综合枢纽站改造工程深基坑为例，进行了板肋式锚杆支护结构设计，阐明了施工时序和施工方法，并用数值模拟进行了加固效果预测，以期对类似工程问题提供经验与借鉴。

1　工程概况

城市综合枢纽站改造工程深基坑位于西南一城市闹市区，属低丘地貌单元，整个场地平坦开阔，地形坡角多为8°～13°［8-9］。基坑平面见图1。基坑周围建筑物较多，距离最近的为2栋33层的商业购物中心。基坑平面尺寸为 190 m×180 m，最大开挖深度达到38.1 m。地质钻孔资料显示，地层自上而下依次为①人工填土；②粉质黏土；③砂岩；④泥岩（未钻透）。

图1　基坑平面

2　板肋式锚杆挡土墙支护设计

2.1锚杆设计

锚筋采用HRB500级φ32螺纹钢筋，按水平间距2.5 m，垂直间距2.5 m正方形布置。锚杆以15°锚入到稳定岩层中，见图2。其中锚入长度从上至下依次为19，18，17，15，14，13，12，10，9和8 m，锚杆锚固体长度为5 m，直径不小于120 mm，注浆体强度M25。锚杆嵌入肋板挡土墙深度为22 cm，嵌入段的端头弯钩采用φ18的光圆钢筋，弯钩长度不得小于70 cm。

2.2肋柱设计

板肋式锚杆挡土墙肋柱采用C30钢筋混凝土，间距为3 m，高为30 m，横截面尺寸为900 mm×600 mm。肋柱设顶梁，截面为正方形，边长为600 mm。顶梁采用C25钢筋混凝土。

图2　板肋式锚杆挡土墙结构立面

2.3挡土板设计

挡土板设计采用双面双层配筋方案，横筋 φ12 mm@200 mm，纵筋φ16 mm@150 mm，钢筋保护层厚度外筋为35 mm，内侧为50 mm，而锚杆连接处设置加密钢筋。挡土板采用Ⅰ型板，分段连接，厚度为40 cm。挡土板搭接肋柱的长度为45 cm，板后按照规范要求回填透水性材料。

2.4排水设计

为防止基坑涌水，挡土板上设有泄水孔，按间距2.0 m设置。

2.5施工方法

板肋式锚杆挡土墙施工方案采取逆作法，即自上而下分层、分段跳槽开挖+及时支护。施工顺序：施工前期准备→布置地表截排水设施→基坑分段跳槽开挖→施工锚杆→浇筑肋柱、挡土板混凝土→混凝土养护→混凝土强度达到80%后再进行下一级基坑边坡开挖，如此循环施工。

3　板肋式锚杆挡土墙支护效果分析

3.1数值模型

深基坑三维数值模型坐标系的选取遵循右手正交法：以整个数值模型的左下角在水平面上的投影点为坐标原点，其X轴为东西方向，正向指向东，Y轴为南北向，正向指向北，Z轴以竖直向上为正。为减少边界效应，模型计算范围沿 X轴向取190 m，沿 Y轴向取180 m，沿Z轴向取85 m（高程从150～235 m）。计算模型共有单元24 221个，节点26 714个，其中开挖单元数2 728个，三维网络及概化模型如图3所示。考虑基坑所处地质地貌条件，模型边界条件在X向、Y向和底部边界（Z向）分别取法向支座约束。

图3　深基坑三维数值模型

3.2计算方法及计算条件

土层和岩层的本构模型均采用FLAC-3D自带的改进摩尔-库仑屈服准则进行计算，该准则是传统Mohr-Coulomb屈服准则与抗拉屈服准则相结合的复合屈服准则。其 Mohr-Coulomb屈服准则和抗拉屈服准则分别为

式中：σ1，σ3分别为第一，第三主应力；σt为抗拉强度；c为材料黏聚力；φ为内摩擦角。

模型中岩土体及锚杆特性参数分别见表1和表2。在计算中，支护结构采用 FlAC-3D内置的结构单元模拟。其中板肋采用shell结构单元模拟，锚杆采用cable结构单元模拟；其他均采用实体单元模拟。开挖共分5步进行，采用“杀死”单元进行模拟。

表1　岩土体力学参数

表2　锚杆特性参数

3.3分析结果

为分析板肋式锚杆挡土墙支护对基坑稳定的影响，在三维计算模型中，切割剖面29，30和34以便分析基坑内部变形情况，剖面29，30和34的位置参见图3。

3.3.1边墙应力分析

基坑开挖完成后，边墙最大主应力平行于边坡面，而最小主应力垂直于边坡面。随着基坑开挖深度的增加，各主应力也在不断增加，以致在开挖完成后基坑坡脚附近出现压应力集中现象，但应力水平总体不高。加固后，最大主应力为1 079.7 kPa，最小主应力为106.7 kPa。表明基坑开挖后，边墙的应力水平小于岩体抗压强度，加固效果显著。

3.3.2支护结构内力分析

基坑开挖后剖面29锚杆轴力见图4。由计算结果可知，锚杆总体呈受拉状态，所承受的最大拉力为46.4 kN，位于第1排锚杆的端部。各层锚杆轴力分布是不均匀的，总体呈靠近端头部位的轴力最大，锚固端最小。上部开挖段锚杆的锚固力整体大于下部开挖段锚杆的锚固力。结合该剖面的地层岩性，由于基坑上层为素填土，变形较大，从而导致该部位的锚杆应力比其他部位高［10］。

图4　基坑开挖完成后剖面29锚杆轴力

3.3.3C栋建筑物基础沉降及水平位移

图5　基坑开挖后建筑物沉降及水平位移

基坑开挖完成后C栋建筑物基础沉降及水平位移见图5。由图5可知，最大沉降位移位于剖面34处，最大沉降位移差为0.22 mm，建筑物的倾斜度为0.007‰。由于岩体抗变形能力较强，基坑开挖后不会导致建筑物发生不均匀沉降。基坑开挖完成后，建筑物向基坑方向发生水平向位移。最大水平位移在剖面29，为0.2 mm，但建筑物基础最大水平位移差位于剖面30，为0.04 mm。由此产生的基础底板混凝土附加拉应力为37.33 kPa。

4　结论

本文运用板肋式锚杆挡土墙支护方案对一车站深基坑工程进行加固研究，得到如下结论：

1）施加支护措施后，锚杆总体呈受拉状态，各层锚杆最大轴力位于端头部位，最小在锚固端，且上部开挖段锚杆的锚固力较下部偏大。

2）基坑开挖过程中，随着开挖深度的增加主应力在增加，在基坑坡脚附近出现应力集中现象，而最大主应力方向平行于边坡面，而最小主应力方向垂直于边坡面。

3）基坑开挖是应力不断释放的过程，使得基坑侧壁的岩土体有向临空面滑动的趋势，以致靠近基坑侧壁的地表发生较大沉降变形，离基坑较近的建筑物最大沉降位于剖面34，最大水平位移位于剖面30，均满足规范要求。

4）通过模拟加固后的深基坑工程可知，板肋式锚杆挡土墙使得基坑变形在工程安全控制标准内，锚杆、肋柱和墙体的设计也满足规范的要求。

［1］姚燕明，赵豫鄂.利用既有车站作为重力式挡墙的换乘车站深基坑支护设计方案［J］.铁道建筑，2015（9）：86-89.

［2］王金艳，张劲松.京津城际铁路扶壁式挡土墙的设计与施工技术［J］.铁道建筑，2008（增）：153-155.

［3］颜承柱.挡土墙选型与设计［J］.东北水利水电，2011（6）：9-11.

［4］廖奇云.板肋式钢筋混凝土锚杆挡土墙施工［J］.建筑施工，1996，18（2）：11-12.

［5］崔国庆.板肋式锚杆挡土墙在高切坡工程中的应用［J］.焦作大学学报，2004（3）：111-112.

［6］苟栋元，李海平.板肋式锚杆挡土墙在岩质路堑边坡预加固中的应用［J］.公路与汽运，2013（6）：134-137.

［7］罗江波.壁板式锚杆挡土墙典型破坏原因分析及加固措施［J］.工程勘察，2011（6）：19-22.

［8］龚旭东.基于受力计算的深基坑支护设计优化方法［J］.铁道建筑，2014（5）：82-85.

［9］杨芮，习志锐，潘少华.深基坑支护方案优化及其应力应变分析［J］.水电能源科学，2013，31（12）：143-146.

［10］王志杰，何晟亚，袁晔.地铁车站维护结构对主体结构内力与位移的影响研究［J］.铁道建筑，2015（7）：65-67.

（责任审编赵其文）

Application of Ribbed Plate-type Anchored Bolt Retaining Wall Supporting in Deep Foundation Pit

WANG Xiuting1，ZHANG Shimin2，WANG Chengzong3，LI Quanbo4
（1.School of Civil Engineering and Architecture，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001，China；2.Zhejiang University City College，Hangzhou Zhejiang 310015，China；3.China Railway 17 Bureau Group Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030000，China；4.China Metallurgical Construction Engineering Group Co.，Ltd.，Chongqing 400082，China）

T aking the deep foundation pit support reconstruction engineering at the transfer hub station in one southwest city as an example，the bolt，rib-column and retaining plate design methods and construction procedures for ribbed plate-type bolt retaining wall supporting were analyzed.T he internal force and reinforcement effect of support structure were modeled and calculated by considering the regional geological conditions，site conditions and the surrounding environment of the project.T he results show that ribbed plate-type bolt retaining wall supporting could improve the overall and local stability of foundation pit and could provide a reference for similar projects.

Deep foundation pit；Ribbed plate-type bolt retaining wall supporting；FLAC-3D；Stability analysis

王秀婷（1990— ），女，硕士研究生。

TU433；U417.1+16

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.24

1003-1995（2016）07-0096-04

2015-12-12；

2016-04-06

浙江省科技厅项目（2013C31041）；浙江省住建厅项目（2015k60，2014Z099）；浙江大学城市学院教师基金项目（J-15017）