建筑深基坑边坡支护结构力学计算研究分析

周志坚

湖南建工集团有限公司 湖南长沙 410000

目前，我国很多城市都完成了“城中村改造工作”，并且在原址上建设了大型综合商场、高层住宅、超高层住宅等等。在施工过程中，由于建筑高度较高、规模较大，所以基坑的开挖深度相对较深。

1 工程项目概况

某工程基坑长宽高分别为116.50m、25.78m、8.25m，基坑上部边坡坡脚30°。运用工字梁对边坡滑移进行控制，运用地下连续墙以及冠梁所构成的复合结构实现基坑中下部的支撑。基坑自上而下分别有素填土、粉质黏土、粉细砂、中砂、冲击中砂以及洪积中砂。

2 基坑边坡组合梁支护设计理论

对于本工程，运用工字钢梁对基坑边坡上部进行被动支护，能够在基坑成型初期实现良好的控制作用。但是，随着开挖工作的不断开展，深基坑边坡会受到周围环境的扰动，此时工字钢难以承受周围环境所带来的载荷作用，从而导致土层面和工字钢横梁之间出现离层、松动等问题，影响边坡维护效果。

为了能够进一步提升支护体系的稳定性，所以运用锚杆支护理论，在基坑内构建主动支护结构体系。具体来说，通过在边坡土层中植入锚杆，运用其锚固作用将各个类型的岩土层锁在一起，通过锚杆预应力，让岩土层之间具有抗滑动摩擦力。同时，土层之间的剪力由锚杆承受，继而实现控制边坡岩土层变形等问题的发生。

3 岩土层组合梁支护承载能力计算

本项目中，沿基坑长度方向，每隔15m为一个支护循环。通过采用锚杆支护以及I36c型工字钢，能够让深基坑下部直立墙体保持十分稳定的状态，因此我们可以将其认为是稳定岩土体。所以，在设计计算式可以将其简化，设计人员则需要对基坑上部边坡支护稳定性进行分析，受力模型如下图所示。

图中k：基坑循环支护跨度，d：循环两端简支距离，s：组合梁厚度，Q：垂直荷载。可以得出K+2k可以计算出组合梁跨度L，F=QS。

图1 力学模型

我们可将深基坑边坡承载的地表动荷载认为是垂直方向地表建筑物、岩土层自重所形成的，所以在力学模型中，岩土体弯曲变形最大的位置在每个支护循环重点，所以按照如下公式计算岩土体最大正弯矩：

K/2处，是支护系统中弯矩最大的位置，计算公式如下：

在计算过程中，需要考虑到地表水平方向应力以及竖直方向应力等因素，构建力学模型坐标系，将单个的支护循环作为受力单元。

岩土结合梁弯曲变形的弯矩计算公式如下：

其中，岩土组合梁弹性模量由E表示，惯性矩由I表示，m1、m2是与岩土渗透性有关。

由于在各个支护循环中最大弯曲部位发生在重点，所以可以将上面公式进行合并，具体如下：

4 边坡支护现场监测

将上述确定的基坑边坡支护方案及其支护参数应用于实际工程施工中，采用MJK-50型岩土应变测试仪对基坑边坡每一支护循环内的岩土层位移进行监测，监测时长30d，每天采集3次数据，取其平均值为基坑边坡岩土层当天应变测量值，连续记录数据并拟合数据曲线，如下图所示。

图2 测量数据

由图可知，岩土组合梁中部在锚杆支护前期，岩土梁弯曲变形（挠度）缓慢增长，平均增长速率为0.21mm/d，在支护完成后的16-24d，岩土梁变形位移突然增大，最大值为2.16mm，这可能是由于基坑的持续下行开挖，对岩土体产生了较大扰动造成的，在25d以后，基坑边坡在锚杆岩土组合梁支护作用下保持了稳定的状态；岩土组合梁端部位移只在基坑开挖支护初期有较大的弹性应变量，最大为1.84mm，随着岩土组合梁支护结构体的构建完成，边坡两端均表现出较好的稳定性，平均弹性应变位移量为1.58mm。这充分表明，该项目深基坑边坡锚杆岩土组合梁支护效果良好，支护结构力学承载能力与设计支护方案参数均满足工程施工要求。

5 结语

综上所述，对于深基坑支护工作的开展，不仅需要选择质量上乘的支护材料，还需要结合当地地质结构以及周围环境情况对支护体系进行设计计算，充分运用结构力学相关理论，并重视支护结构的监测管理。这样能够让管理人员及时发现支护体系中存在的问题，及时对变形、薄弱区域进行调整和加强。