软土地区深基坑防护验算与实践对比分析

　　摘 要：软土地区深基坑开挖支护验算以土力学计算为主。目前虽然土力学在学术界研究存在学术争议，但在工程实践中深基坑支护验算理论可认定为成熟理论。

　　但深基坑支护验算涉及土质、土力模型甚多，数据不准、模型选择不当，均影响验算结果的准确性，增加了实际施工的不安全性。本文旨在通过杭甬客专宁波东站客整所桑田路立交中桥工程实践，将理论计算数据与工程实测数据对比分析，以求发现其中规律或关系，为日后深基坑支护设计提供工程实践依据和经验参考。

　　关键词：软土深基坑 沉降位移变形 基坑支护 数据对比

　　1 工程概况

　　宁波东站客整所桑田路立交中桥位于宁波市江东区，属海积平原。工程包括四孔框架和U型槽，自既有宁波东站桑田路立交中桥右侧U型槽接出。U型槽和主体框架基坑深度6.7m(自营业线路基面至基底)，北侧临近营业线为宁波东站站线8道，基坑边至线路中心9.5m。基坑尺寸46m(顺桥向)×(40~50m)(横桥向)。

　　针对桑田路立交中桥基坑纵向跨度较大，无法加横撑， U型槽为整体结构以及临近营业线等特点，拟于营业线40m范围内采用悬臂式钻孔桩排桩支护，搅拌桩隔水。钻孔桩长度23m，直径80cm，桩间距1.0m，桩顶至基底5.2m。

　　现场平面情况如图1 所示，剖面情况如图2所示(按最不利情况)。

　　图1 宁波东客整所桑田路立交中桥现场平面图(单位：m)

　　图2宁波东客整所桑田路立交中桥基坑剖面图(单位：m)

　　2 验算的模型选取

　　基坑验算过程涉及参数很多，选择不同的参数或模型都会影响验算结果。本文通过对实测数据与理论计算数据的对比，以求找出该地区更接近工程实际的力学模型，为日后类似基坑工程设计提供实践参考。

　　对比数据：基坑位移量、沉降量和基坑稳定性。

　　对比模型：水土合算与水土分算的对比，经典土压力法与弹性土压力法的对比。

　　模型说明：

　　(1)水土合算与水土分算

　　水土合算：加权平均重度时，水位以下采用饱和重度，即浮重度，考虑水浮力作用。

　　水土分算：水位以下水压力单独考虑。采用如下计算公式，水压力计算模型按《建筑基坑支护技术规程》只考虑静水压力。

　　主动土压力：

被动土压力：

 ，

　　式中：mj ——计算参数，当z_j时，取m_j＝z_j；z_j≥h时，取m_j＝h；

　　hwa——基坑外侧水位深度(m);hwp——基坑内侧水位深度(m);h——基坑深度(m);

　　hwa——计算系数，hwa≤h时，取1;hwa>h时，取零;γw——水的重度(kN/m³)。

　　(2)经典法与弹性法土压力基本模型

　　3 土压力计算

　　该工程计算工况有两种，工况1为：受营业线影响区域钻孔桩防护;工况2：不受营业线影响钻孔桩防护。本文以受营业线影响区域钻孔桩防护计算数据为例。

　　3.1土压力分析及参数确定

　　桑田路立交中桥所在地质土层参数如表1所示。层厚、重度、浮重度、粘聚力(水上/水下)、内摩擦角(水上/水下)、与锚固体摩阻力取值均根据地质勘查报告确定。

　　表1 土层参数表

　　注：m为弹性法计算系数：m=(0.2f2-f+c)/d，d为基坑底面位移量沉降值，取10mm。

　　3.2土压力计算

　　采用《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-99)所述土压力计算方法计算：计算过程不详述，计算结果如图3所示：

　　图3 水土合算、合算模型土压力计算结果

　　3.3 支护体系检算理论值

　　3.3.1土压力(合力)、位移、弯矩、剪力

　　(1)水土合算模型，弹性土压力法与经典土压力法计算结果如图5

　　(2)水土分算模型，弹性土压力法与经典土压力法计算结果如图6

　　(3)基坑支护体系位移量计算结果如表2

　　3.3.2地表沉降量、稳定性验算

　　分别对水土合算、水土分算模型的地表沉降量进行计算，沉降量分别采用三角法、指数法和抛物线法进行计算，结果如表3所示。

　　分别对水土合算、水土分算模型的稳定性进行验算，分别对整体稳定性、抗倾覆稳定性和抗隆起稳定性进行验算。

　　整体稳定性计算采用瑞典条分法，应力状态采用总应力法，条分法中的土条宽度为1.0m;抗倾覆稳定性验算公式为Ks=Mp/Ma,Mp为被动土压力对桩底的弯矩，Ma为主动土压力对桩底的弯矩;抗隆起稳定性验算采用Prandtl(普朗德尔)公式，即：

　　稳定性计算结果如表3所示。

　     4  现场观测数据

　　4.1观测设置及观测规则

　　观测点设置于钻孔桩冠梁顶部，电冲锤打孔埋入观测点，保证其与冠梁同时移动。杭州侧冠梁长40m，埋入3点，自北向南编号为G1~G3;宁波侧冠梁长50m，埋入4点，编号G4~G7，共埋入7点，如图1所示。

　　观测方法：全站仪测量观测点初始值读数，基坑开挖时(后)再测量观测点读数，所得读数与初始值读数对比得到平面位移及沉降量。观测频率为每2小时观测1次。

　　4.2观测数据

　　基坑范围较大，并非一次开挖完成，各观测点开挖后第一次数据均为对应观测点位基坑挖至基底后半小时内测得，以后每2小时观测1次。

　　由于第4次以后的观测位移值均接近为0，变化曲线收敛，表6中只显示前3次的观测结果。另外，基坑实际稳定性良好。

　　表2 各观测点当期位移及累计位移(单位：mm)

　　4.3 观测值与理论值对比

　　本文通过平面位移、地表沉降、基坑稳定性三个方面的对比，以求观察水土分算、合算两种模型与实际数据的契合度，从而得出哪种模型更接近与该工程地质实际。

　　表3 理论计算值与实测值对比表(单位：mm)

       注：经典法无法计算平面位移。稳定系数以大于1.2为稳定标准。

　　5 结论

　　从表2的数据中可以看出：基坑开挖后，基坑支护体系的主要水平位移量及地表沉降是在开挖后的很短时间内完成的(约20分钟)。这一结论表明：对位移量有较高要求的基坑，开槽加撑的及时性非常重要。

　　由于该基坑为一侧不封闭基坑(南侧放坡)，因此约靠近南侧的观测点显示的位移、沉降量越大。对大面积不封闭基坑，还应考虑不封闭端冠梁刚度减小带来的影响。

　　从表3的对比分析来看，该工程基坑采用水土合算法更接近于工程实际，而水土分算模型的土压力明显较水土合算模型土压力大，因此对支护体系的要求相对较高，且两种计算模型在计算时均较实际偏安全，水土合算平面位移计算值为239>max(G1：G7)=230.6(mm)。从安全角度讲理论外力越大，实际支护体系越安全。但同时，在施工中利用技术理论设计出最经济且安全的基坑支护措施又是施工单位获得效益的源泉，也是技术人员工作的重要组成部分。

　　参考文献

　　[1] 中华人民共和国 行业标准，建筑基坑支护技术规程，JGJ 120-99，1999

　　[2] 刘建航、侯学渊著，基坑工程手册，中国建筑工业出版社，1997.4

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