某城市道路地下通道基坑穩定性分析

西安公路研究院 陜西西安 710065

摘要：選擇某一級基坑，施工方法采取明挖法，一般此類基坑根據施工要求需加橫向支撐，以確保支護結構及背后坡體的安全，為了加快施工進度方便施工，將支護改為不設橫撐的結構形式，因此本支護的結構和土體受力也發生改變，為了保證施工過程中得到安全，對此類支護形式進行穩定性驗算，以檢驗此種施工工藝的合理性和有效性。

關鍵詞：基坑；無橫撐；支護；穩定性；

1引言

近年來，城市道路交通壓力劇增，很多城市都修建了大量地下通道以方便行人，修建過程中基坑的開挖與支護是必不可少的，基坑開挖時，由于坑內土體挖出后，地基的應力場和變形場發生變化，導致地基失穩現象屢見不鮮。基坑的失穩與破壞可以是緩慢的，也可以是突然的，但都有明顯的觸發因素，諸如振動、暴雨、外荷或其他的人為因素，所以在進行支護設計時需要驗算基坑的穩定性，保證地基穩定性具有一定安全度。

2工程案例

某公路通道采取明挖法施工，通道全長982m，通道所在處為現有舊路路基范圍，所屬位置地形較平坦。通道分開口段與閉口段，開口段共427m。閉口段共555m，為封閉矩形雙孔框架結構。通道現有的支護結構可視為懸臂式支護，支護樁樁長9m，嵌巖深度4.3m。

采用大型有限元MIDAS按最不利狀態進行結構計算，考慮結構自重，墻后填土及墻厚頂面荷載作用，同時考慮水位對土體壓力的作用。

2.1 計算荷載

在地基變形和樁后填土的作用下，基坑支護結構上部會發生一定量的轉動和移動，這使樁背上的土壓力逐漸趨向于主動土壓力，而基坑支護結構的下部可按被動土壓力計算，符合懸臂式排樁的支護特點，計算方法采用朗金土壓力理論[1]。

根據實際情況，計算中取q=80kN/m2，上部填土按q2=60kN/m2，有效荷載取q1=20kN/m2，水位以下及墻前基坑以下均按土的浮重度計算。

2.2支護樁結構理論計算

一、支護樁的主動土壓力

計算填土參數：ka1=0.839，γ1=18.5kN/m，γw=9.8kN/m

其中，γw—水容重；γ1—土容重；γ2w—土浮重；ka1—填土主動土壓力系數；ka2—粉土主動土壓力系數，取0.602，z—土層的深度，h—計算截面與地下水位的高差。

（1）樁頂主動土壓力（z=0，h=0）

ea1=48.8kpa

（2）支護樁土層分界處上側填筑土主動土壓力（z=1.19，h=0）

（3）支護樁土層分界處下側填筑土主動土壓力計算（z=1.19，h=0，c=0）

（4）支護樁粉土層下緣主動土壓力計算（z1=1.19，z2=5，h=，5，c=0，γ2w=9.5）

二、支護樁的被動土壓力

（1）基坑底處被動土壓力計算（z=0，kp=1.698，γ2w=9.5，c=0）

（2）支護樁粉土層下緣被動土壓力計算（z=1，kp=1.698，γ2w=9.5）

2.3支護樁結構數值模擬

采用有限元分析程序Midas，對該基坑的樁錨支護進行數值模擬分析[2]，其中樁身采用梁單元模擬，樁基與土層的相互作用采用“土彈簧”模擬，程序計算結果下圖所示：

由圖1可知，樁頂的最大水平位移為約12mm，變形方向偏向基坑內側。

圖1 數值分析結果

計算結果顯示：結構的最大壓應力位于支護樁粉質土層的底部，應力大小為11.96Mpa，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2012）查C30混凝土的抗壓強設計值為13.8Mpa，由此可見最大壓應力滿足設計要求。

結構最大拉應力為18.01Mpa位于支護樁粉質土層底部，若假設混凝土與鋼筋變形協調，則鋼筋的應力為：

由《結構公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2012）查的HRB335抗拉強度設計值為280Mpa，通過上述計算可以判定結構底部受拉區的鋼筋未超過鋼筋的抗拉強度設計值，支護樁在粉土層底部的外側最大拉應力處于正常工作狀態，支護樁結構的安全性可以得到保證。

2.4現場實測數據

在施工過程中為保證安全，對支護樁頂結構的變形進行連續監測，測點布置如下圖所示，監測期限為一個月，下圖3中繪制了樁頂位移的時程圖：

圖2 樁頂位移測點布置

圖3 樁頂位移變化時程圖