軟土基坑設計的關鍵問題研究

周豪

【摘要】本文闡述了軟土基坑工程的特點，對軟土基坑設計中涉及的一系列關鍵問題進行了討論和分析，并通過工程實例分析對軟土基坑設計進行了介紹。

【關鍵詞】軟土基坑；設計；關鍵問題

城市的發展帶動了土木工程建筑行業的快速發展，地上空間與地下空間得到了充分的利用，由此推動了深基坑的發展。然而在深基坑的發展中深基坑的開挖和支護的巖土是最關鍵的問題，特別是軟土基坑工程，與一般的基坑設計與施工相比有更大的難度，工程更為復雜，設計要求更高。

一、軟土基坑工程的特點

軟土基坑與一般的基坑設計與施工相比具有以下幾個特點，而這也是軟土基坑設計與施工的難點所在。首先，軟土的強度較低，具有很強的流變性，導致軟土基坑邊坡的穩定性較差，支護體系承受的荷載也較大，因此軟土基坑工程需要更高強度的支護結構。其次，軟土基坑施工場地的地下水含量十分豐富，水位的埋藏點很淺，因此在軟土設計與施工過程中需要引起高度的重視，進行有效的控水方案設計與施工。再次，軟土具有很大的變形性，這就導致軟土基坑的開挖也容易發生變形和移位的現象。在軟土基坑施工中常常發現部分軟土基坑的支護結構存在嚴重的側向位移，位移超過幾十厘米之多，這對基坑的開挖造成了嚴重的影響和破壞。再次，軟土基坑護壁結構的變形往往比較滯后，這就造成了對護壁的破壞比較迅速，并且具有突變性。在護壁結構被破壞前，會造成土壓力值劇烈的變化。最后，軟土基坑事故發生的頻率較高，導致事故發生的因素較多，包括臨近的施工的影響，如打樁、挖土和降水等。

二、軟土基坑設計的關鍵問題

（一）軟土基坑施工增量法計算問題

目前楊光華提出的增量法廣泛的用于基坑工程支護結構的計算，該算法能夠對各個施工過程所增加的增量載荷進行計算和疊加。增量荷載包括土壓力增量和開挖的彈簧反力。這種方法與連續梁法具有較大的區別，主要體現在彎矩和支撐反力上面。不考慮施工過程的連續梁法計算由于缺少了對彎矩偏小的考慮，也就對設計的安全性造成了影響。增量法中，下部支撐受力較小，并且受到施工過程的影響，因此增量法多用于多撐與多錨支護結構中。

（二）預應力錨桿計算問題

在當前的基坑支護中廣泛使用了預應力錨桿，但是基坑設計軟件并不能進行完整的預應力錨桿分析，因為軟件無法對主動側彈簧的作用和基坑施工的增量荷載進行考慮，這也就導致了工程實測的錨桿受力與計算值之間存在較大的差異。對此，有關研究提出了相關的解決辦法，從而對預應力錨桿進行合理的計算。如進行一層錨桿增量法的計算，主要分為了三步。第一步，當地面開挖到深度H2時，開挖面以上彈簧消失后，墻體會向基坑內部發生位移；第二步，在開挖深度H1處加預應力錨桿，預應力F被施加到墻體上，同時墻體會向基坑外產生位移增量△V0，并且認為預應力F由彈簧與錨索共同承擔；第三步，從H2開挖到深度H3時，基坑內的位移增量為△V1。由此可知，兩個增步量產生的總位移為△V=?V0+△V1。以彈簧代替錨桿，根據受力情況來判斷是否存在。當△V<0時，則彈簧受壓，計算中需要考慮；當△V>0時，彈簧受拉，計算中不做考慮。得到的錨桿指點反力為R=K△V+F。其中，K為錨桿水平剛度。通常的基坑設計軟件對預應力錨索進行分析時，忽略了主動側彈簧作用，從而導致△V0偏大，而在軟土基坑設計中這種誤差則被進一步的擴大。因此，設計人員普遍對△V0進行控制，不采用高預應力值，最終造成了結構受力與實際的較大差異。

（三）軟土基坑局部穩定性被忽略

通常采用放坡開挖的方式進行軟土基坑施工，并對整體的穩定性進行分析。在基坑設計時通常會忽略局部的穩定性，而軟土基坑往往最先發生的是局部性的破壞，對于軟土基坑而言，地基的局部穩定性是相當關鍵的。目前極限圓弧滑動法只能夠對基坑的整體穩定性進行分析，缺少了對局部穩定的判斷，因此圓弧滑動法存在不合理的現象，尤其是在遇到軟夾層時，更容易造成軟土基坑的不安全。此時，就需要通過計算來確定整體的穩定性，同時對地基進行穩定性分析。

三、工程實例——支護結構的設計

（一）工程概況

基坑工程為引水工程泵站基坑，施工場地原為稻田，鉆探結果發現該地的巖性主要為沖擊巖與人工堆積巖。其中，沖擊巖土層分布主要為泥質粉砂約4.3m；灰褐色粉質粘土1.5-6.0m；淤泥和淤泥質粘土3.0-7.0m；花斑粘土4.5-12.0m；粉土3.7-5.2m。同時還包括全風化層、強風化層和弱風化層。

（二）支護結構的設計

該基坑場地地層不均勻，含有深厚的軟弱層，淤泥和淤泥質粘土最厚處約15.7m，開挖的深度變化比較大，在5.8-16.0m，僅使用單一的支護，安全性和經濟性不夠理想。其設計難點也在于支護樁的嵌固深度、錨桿錨固力等問題上。結合施工場地的地質情況，進行支護結構設計。

1、確定設計方案

設計方案1，在基坑上部的軟弱土層采用排樁支護，下部巖體采用土釘支護。這種支護形式是比較常用的一種設計，施工經驗成熟，但是由于軟弱土層的影響，難以負荷施工機械的質量，機械極易陷入泥土，為施工將造成很大的困難，因此需要對表土層進行換填，另外，淤泥中錨桿成孔也十分困難，錨固力弱。

設計方案2，結合各個區域的地質土層的實景情況與周邊的環境考慮，為了方便施工，方案2根據不同分區的情況進行了不同的支護結構設計。其中，區域Ⅰ～Ⅴ采用“灌注樁/混凝土內撐/放坡”一體的支護結構；區域Ⅵ～Ⅸ采用放坡開挖的形式；區域Ⅹ～Ⅻ支護結構為“放坡/錨桿”。

綜合對比后，最終選擇針對性強，操作性強的方案2。

2、各支護剖面計算

本設計中采用楊光華的增量法深基坑計算程序，綜合考慮支護結構與錨桿之間的作用，以及主動冊彈簧的作用，從而計算結果與實測結果的一致性較好。另外，對軟弱層基坑邊坡的穩定性分析，根據地基的承載力與局部的強度折減法來進行，求出地基的安全系數。表1和表1分別為各支護剖面計算結果。

結束語

針對軟土基坑設計的關鍵問題進行分析，結合施工場地的地質條件，選擇合理的計算與優化的支護結構設計，從而保證基坑工程的安全和穩定。

參考文獻

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