軟土基坑蠕變效應的工程實例分析

倪 欣，徐書平，霍曉蘇，涂 耀，左 磊

(武漢工業(yè)學院土木工程與建筑學院，湖北武漢430023)

軟土是一種復雜的工程材料，其特殊的物質成分和復雜的結構決定了軟土復雜的工程特性。在過去的土力學［1］研究中，土體被假定為彈性體，后來逐步發(fā)展到把土體作為一種彈塑性體來進行研究。但是，無論是作為彈性體還是彈塑性體考慮都不添加時間因素，即假設變形是瞬時完成的。然而在工程實踐中，基坑設計使用時間往往較長，實際變形情況與設計并不完全相符，因此工程中的時間因素也是很重要的，比如軟土的蠕變［2-4］效應就不能不予以考慮。

1 基坑維護的設計方案與監(jiān)測

1.1 工程概況

武漢中心位于武漢王家墩中央商務區(qū)財富核心區(qū)西南角，緊鄰規(guī)劃中的夢澤湖。武漢中心占地約2.81公頃，總建筑面積359270.94 m2，其中，地上建筑面積272652.53 m2，設置1300個機械式停車位，建筑高度438 m，層數(shù)為88層。

該工程的基坑平面如圖1所示，自地表以下的土層分布如表1所示。

圖1 武漢中心基坑平面圖

表1 場地土的物理指標

本工程±0.000 m=23.100 m，目前自然地坪設計相對標高約-1.200 m，基坑開挖深度17.8 m。本基坑工程場地水文地質條件復雜，工程場區(qū)原為武漢王家墩機場，場地周邊及地下均無明顯建(構)筑物。

1.2 設計方案與施工

本工程經綜合考慮確定支護方案如下。

基坑EABC段側標高-5.900 m以上采用SMW工法［5-6］樁懸臂支護，局部增設兩排豎向花管;標高-5.900 m—-13.000 m采用1∶1.5卸土放坡，局部淤泥質粉質粘土采用水泥攪拌樁加固，坡腳冠梁頂設置2 m高擋墻，堆碼沙袋進行反壓;在-13.000 m—-19.700 m處，采用樁徑1000 mm、樁間距1200 mm的鉆孔灌注樁外加一道預應力錨索支護，支護結構如圖2所示。

圖2 武漢中心EABC段剖面圖

基坑CDE段紅線外為業(yè)主后期開發(fā)用地，且場地較為開闊，基坑擬采用一級SMW垂直及二級放坡卸土至 -10.000 m，卸土寬度33 m，結合樁徑1000 mm、樁間距1200 mm的鉆孔灌注樁外加一排預應力錨索的圍護結構，支護結構如圖3所示。

圖3 武漢中心CDE段剖圖

基坑挖土遵循先撐后挖的原則，盆式、分層、抽條、對稱開挖。土方開挖過程中，盡量縮短基坑無支撐暴露時間。土方開挖過程中保證上層錨索強度達到設計強度后才進行下一階段的土方開挖。

1.3 變形監(jiān)測與結果

為保證基坑工程的信息化施工，本工程做了基坑現(xiàn)場監(jiān)測，監(jiān)測點布置如圖4、圖5所示，部分測點水平位移如圖6、圖7所示，樁體位移如表2所示，側斜結果如圖8、圖9所示。

圖4 武漢中心位移與沉降監(jiān)測點平面布置圖

圖5 武漢中心側斜監(jiān)測點平面布置圖

圖6 A1-1—A25-1水平位移監(jiān)測結果

圖7 A1-2—A25-2水平位移監(jiān)測結果

圖8 C3-1測斜監(jiān)測結果

圖9 C3-2測斜監(jiān)測結果

表2 樁體水平位移監(jiān)測結果

2 基坑變形特征分析

一級平臺下設計攪拌樁加固時，只起到局部抗滑擋淤的作用［7-8］，對位于攪拌上部的軟土的變形沒有約束，這是設計加固時沒有考慮基坑局部穩(wěn)定性(即一級平臺的變形)對工法樁的變形的影響。

根據(jù)變形觀測結果及典型地質剖面的力學性質，對基坑周邊各部位變形特征分析如下。

2.1 工法樁鎖口梁變形觀測結果

①北邊鎖口梁：變形穩(wěn)定。

②東邊基坑近北端，有蠕變變形，其中A6-1、A7-1、A8-1有變形;其中A8-1最大。

③東南鎖口梁：變形繼續(xù)，最大為5 mm/d。

④西南：無變形。由于永久車道所在，形成反壓，無變形。

2.2 工法樁下平臺水平位移觀測結果

基坑北面，即A1-2—A5-2，穩(wěn)定。此平臺無變形。

基坑東面，即A6-2—A9-2，根據(jù)觀測結果，最大變形為2 mm/d，表明平臺不穩(wěn)定，繼續(xù)發(fā)生蠕變變形。

2.3 鉆孔灌注樁觀測結果

根據(jù)觀測結果，目前樁的變形在允許范圍以內。由于樁前土還沒有開挖，此值只能說明上部土層的緩慢變形對樁端的影響。可以推測出，若樁前土進行開挖，樁端由于應力釋放，會繼續(xù)變形。

2.4 基坑測斜成果分析

①北側：北邊大部地段穩(wěn)定，變形較大的地段為北邊靠東端，即測點C3-1/C3-2所在地段。

基坑外側變形特點：變形不符合基坑變形特點。從變形曲線上推斷，工法樁從地表下5 m至7.5 m，發(fā)生了較大的水平滑移變形，證明工法樁已發(fā)生破壞。

工法樁下平臺(一級平臺)變形，屬典型的基坑開挖造成應力釋放，在主動土壓力的作用下的變形。

②東邊：此段是目前重要點進行控制的地段，基坑頂面垂直變形超過30 cm。水平變形在基坑頂?shù)臏y點變形與工法樁下平臺變形特征明顯不一致。坑頂測量所反應的位移矢量方向向下為主：即垂直方向變形分量大于水平方向的變形分量，表明土層出現(xiàn)滑移變形，與邊坡的位移矢量特征一致。而工法樁下平臺的變形，是水平方向矢量大于垂直方向矢量，這與基坑變形的位移矢量特征一致。

③東南側：南側變形與基坑位移矢量特征一致。水平方向矢量大于垂直方向矢量的變形。

④西南側：目前停止了相應的基坑開挖活動，數(shù)據(jù)無。

⑤西側：為永久車道，目前穩(wěn)定。

3 基坑變形機理分析與結論

根據(jù)上述分析，由于一級平臺主要由軟土組成，基坑開挖出現(xiàn)向基坑內的蠕變變形，導致工法樁前的被動抗力降低，從而加劇工法樁的變形。另外，由于基坑開挖，旁側荷載降低，導致地面下7.6 m以下軟土承載力下降，產生過大的水平位移與垂直向變形，使工法樁樁前土產生滑移趨勢的變形。

對基坑北邊東端，變形機理與基坑東側相同。基坑其他地段的變形機理，也與基坑東側變形機理一致。

綜上所述，由于軟土變形較大，基坑設計計算中的參數(shù)對于軟土部分而言，存在一個強度衰減。基坑用彈性或彈塑性的計算方法設計時，有時會與實際工況不相符。特別是對于大型工程，基坑暴露時間較長的情況，存在計算結果與實際結果差異偏大的問題。因此，了解軟土的蠕變規(guī)律，在土的本構模型中加入蠕變性，合理選取基坑設計計算中的參數(shù)，對于軟土深基坑工程顯得非常重要。

［1］ 郭瑩，郭承侃，陸尚謨.土力學［M］.第二版.大連：大連理工大學出版社，2003.

［2］ 鄭榕明，陸浩亮，孫均.軟土工程中的非線性流變分析［J］.巖土工程學報，1996，18(5)：1-13.

［3］ 袁靜，龔曉南，劉興旺，等.軟土各向異性三屈服面流變模型［J］.巖土工程學報，2004，26(1)：88-94.

［4］ Campaella R G，Vaid Y P.Traxial and plane strain creep rupture of disturbed clay［J］.Can Geotech J，1974，11(1)：1-10.

［5］ 徐星明，汪士才，郭立凱.SMW工法圍護結構變形性狀影響因素分析［J］.工程建設與設計，2009(2)：74-78.

［6］ 施占新.圍護體插入深度與剛度對基坑變形的影響［J］.施工技術，2004，33(10)：10-12.

［7］ 段紹偉，杜飛，沈蒲生.基坑深度、墻體長度、墻體插入深度對高層建筑深基坑開挖變形的影響［J］.建筑結構，2002，32(7)：27-28.

［8］ 徐楊青.深基坑工程設計的優(yōu)化原理與途徑［J］.巖石力學與工程學報，2001，20(2)：247-251.

［9］ 詹美禮，錢家歡.軟土流變特性實驗及流變模型［J］.巖土土程學報，1993，15(3)：55-62.

［10］ 錢家歡，殷宗澤.土工原理與計算(第二版)［M］.北京：中國水利水電出版社，1996.