軟土基坑設計若干關鍵問題探討及基坑設計實例應用分析

■康耀

（河南建材地質工程勘察院 河南信陽 464000）

軟土基坑設計若干關鍵問題探討及基坑設計實例應用分析

■康耀

（河南建材地質工程勘察院 河南信陽 464000）

軟土含水量大，壓縮性高，承載力低等特性，對基坑工程設計和施工提出了很高要求，所以阮籍基坑在復雜環境中設計為巖土就是一個新工程研究項目。同時軟土基坑也存在很多特殊性，本文就這一問題進行四個方面陳述，第一，采用增量法分析支護結構和受力變形過程；第二就是錨桿和錨索等預應力作用；第三，當放坡開挖存在軟弱下挖層地基時要驗算地基穩定性和承載性；第四，要真多雙排樁支護受力和變形研究，提出雙排樁簡化計算方法，一般來說這些關鍵因素沒有考慮到位就會給基坑帶來很多安全隱患。[關鍵詞]軟土基坑設計關鍵問題探討實例應用分析

對于軟土基坑特殊性質，要解決四個關鍵性問題，考慮基坑施工過程中增量法計算方式，預應力錨桿計算模式，軟土地區基坑驗算整體穩定性和承載能力；雙排鋼板樁堰結構支護結構簡化計算，解決好這些問題就能很好地對軟土基坑實際施工進行完整處理。

1 軟土基坑設計有那些必要解決問題

施工過程中增量法，現在對于規范規定基坑工程支護結構都是采用增量法進行計算，該方法把每一個施工過程中所有增加的荷載作為外荷載，作用于每一個施工過程中，每一個工程支護結構，都是由彈簧均發生變化，所以計算體系是不同的，增量荷載一般包括兩個部分，土壓力增量和本次開挖的彈簧反力，每一個施工過程支護結構受力和變形是前一步增量計算疊加。有一種連續梁法就是用增量法計算多撐和多錨式支護結構得出結果，但是增量法和連續梁法有很大區別，如果不考慮施工過程中計算彎矩大小，就會導致設計不安全，這些都會受施工過程影響。一般規范規定的采用圓弧滑動方法對這些邊坡問題進行穩定性分析是非常不合理的，因為極限平衡圓弧滑動法得出的滑動面和實際滑動面都會存在非常大差異性，遇到軟夾層問題時，不僅應該計算出整體穩定性，同時還應該通過分析軟土地基穩定性來確定工程是不是很安全。

所以說基坑的穩定性都是由軟弱地基穩定性來決定的，如果出現失去平衡時候，將會帶動整個破題失去穩定，另外一個就是含軟夾層的邊坡問題，就有可能會發生千層滑動，活著發生復合滑動面。但是常規圓弧法計算滑動面和安全系數問題時會出現很多差異性問題，所以目前很多規范沒有提及到這類邊坡問題，所以需要去研究一些很簡單和實用性地基穩定性計算方法來進行計算。

另外一個就是雙排樁常見模型和簡化計算方法，就是主要針對雙排樁支護結構的土壓力分布情況，對于土體滑裂面的影響，連梁協調作用和樁土相互作用等很多方面問題，現在的主要計算方法有地基梁法，比例系數法，等效坑彎方法，很多都是模型計算方法，工程師應用都比較難，而有限元法成為應用較為廣泛分析方法，該方法具有便于參數分析和計算，非常容易實現，沒有人為土壓力分配，可以考慮空間效應問題，具有非常強的適用性。現有的有限元法計算雙排樁基本都是單獨采用荷載結構和實體單元法來建模的，這兩個方法都存在很多不足之處。計算模型是采用荷載結構方法和實體單元法結合建立模型，按照荷載結構法施加荷載時，對應單元上不施加重力速度，相反按照單元考慮時，單元就會按照實際參數施加重力作用。所以在建模的時候，雙排鋼板各個部分外部受力按照主動土壓力計算，可以直接施加到架構上面，內部回填材料可以引起土壓力附加到水平壓力計算，其他部分就會按照實體模型建模。

2 基坑設計工程實例分析

工程概況分析，西江引水工程泵站基坑位于廣東西江側面，基坑距離大提是40多米，基坑平面圖所示：

有圖可以看出，根據鉆探揭露，場地內分布主要都是地層巖性第四系人工堆積層，淤泥層和石灰系，還有強風化泥質粉砂巖和弱風化灰質灰巖。

由此可以看出支護方案設計主要有幾個特點和難點：

基坑西側是距西江大堤四十米，為一級堤防，所以必須嚴格控制基坑開挖對其影響，不能影響正常使用，基坑開挖深度變化非常大時候，開挖深度也不相同，如果用同一種支護，經濟性就會比較差，底層也不均，同時也存在深厚軟弱層，淤泥和泥質最厚時候可以達到18米，支護樁的嵌固深度和基坑地坑隆起都是難點問題，基坑施工期間是不能對西江大堤和周圍環境產生非常大影響，而且工期也相對比較緊張。

另外一個問題就是對于工程的主要設計方案，對于周邊地質情況進行分析，經過方案比較和考慮施工便利，可以看出1到6區支護方式為灌注樁和混凝土內撐和放坡，7到10區為支護方式是放坡開挖。對于不同方案計算原理和計算軟件選擇都是不同的，預應力錨索計算采用楊光華深基坑計算程序，這種程序采用的是增量法計算原理，同時考慮錨索和支護結構之間會有相互作用關系，能夠模擬基坑咔哇的施工過程，所以該程序考慮的主動側彈簧作用，計算結構和實測結果有非常好的一致性。在存在軟弱下臥層的基坑邊坡時候，可以利用地基承受力和局部強度折減方法進行穩定性分析和研究，也就是把地基上的邊坡等效壓力荷載作用放到地基上。

3 工程基坑支護設計

如圖所示可以看出，基坑支護分區情況分析，一般來說支護結構應該根據基坑開挖深度，涂層條件，基坑周邊環境進行分析和計

算，工程場地土層條件基本上都是比較平均的，基坑開挖深度分別計算到板地，對承臺尺寸較大而且分布較為密集地方。從支護結構上設計上分析，擋土體系分區，坑內高低差，支撐體系和支撐豎向布置等很多方面內容。

對于基坑監測設計方面來說，由于地下工程有許多不可坑距和難以預測問題會出現，比如說使圍護架構失穩，甚至造成基坑坍塌情況，這樣就可以通過檢測及時解決這種問題，對施工進行控制和指導施工進程。所以對于基坑圍護檢測是非常必不可少的，本工程布置主要有很多檢測項目，比如土體深層位移監測，水位觀測和支撐立柱樁沉降觀測和對于周邊環境沉降觀測等很多項目。

對于基坑水利系統工程設計來說，本工程場地在基坑開挖深度和坑底相當深度范圍內均不透水層，所以不需要進行專門降水設計處理，所以要進行簡單排水處理，就是在基坑周邊部分設置地面排水溝，排水溝每隔40米設一個集水井，所有場地內地面雨水施工都要經過排水溝，施工過程中在基坑內可以設置臨時排水溝，臨時排水溝可以在離開圍護樁邊至少4米。對于基坑支護施工效果分析，位移檢測值偏大，超出了設計控制位移值太多，根據位移檢測曲線，和設計情況基本相符，樁間流土，土體蠕動變形和施工實踐較長是可以造成位移值偏大的。另外施工結束后，基坑周邊地面沉降會在24和54之間，廣場主體和附近綠化帶交界處會出現較大豎向裂縫問題，所以說廣場主體結構為樁基礎，綠化帶為回填斜坡，填土高度大概為3米，從主體結構坡向地面道路分析，根據沉降觀測可以發現，廣場主體結構沉降大概有2到3米，最大沉降發生在綠化帶上有54米，分析主要原因估計是因為樁間土體流失，土體蠕變和回填自身固結引起的。

4 結論

本文從兩個實體例子探討了軟土基坑設計中的幾個關鍵性問題，基坑支護增量計算方法，預應力作用下主動側彈簧作用進而雙排樁簡化計算方法，都是計算內容主要都是針對軟土基坑的特殊性提出的，但是應該推廣到其他基坑工程。目前增量法已被廣泛接受，但是也有很多問題在工程中需要及時發現和解決。總體上說基坑設計要采用合理計算方法，同事要不斷優化，這樣基坑工程才能很好完成，同時取得很好經濟效益和社會效益。

[1]張玉成,楊光華,鐘志輝,姜燕,喬有梁,方大勇,胡海英,劉鵬.軟土基坑設計若干關鍵問題探討及基坑設計實例應用分析 [J].巖石力學與工程學報,2012,11:2334-2343.

[2]張玉成,楊光華,胡海英,陳富強,黃致興,陳偉超.珠三角深厚軟土地區淺基坑支護若干問題探討 [J].巖土工程學報,2014,S1:1-11.

[3]盧新帆.基坑工程設計與施工階段若干問題探討 [D].浙江大學,2007.

式中：L：排水管的間距,4m

K:滲透系數，0.04m/d

H:管頂最高水位到管中心的距離，4m

he:滲透層等效厚度，當h/L＞0.3時，

r:排水管的半徑，0.025m

計算結果：Q=0.192m3/d

R:地面入滲強度，R=Kt/24+μHi=0.04099m/d

μ:給水度，0.03

Hi:壩體上升速度0.033m/d

Q＞LR=4×R=0.16396,說明排水強度足夠，滲多少，可以排多少。

非恒定流：賴民基等的公式：

式中：φ：浸潤線形狀系數取0.7～0.9

β：浸潤線與水平線的夾角，計算中β=0.25 μ：含水層給水度，參照亞粘土層取0.03 h1：要求排水的水面高度，按4m計h2：設計要求的水面高度，取為0.5m t1：降落時間

d：排水管直徑，取5 0mm

k：滲透系數

計算結果當滲透系數k=0.04m/d時，排水時間約在一周之內，所以排水效果還是比較理想的。

四方金礦新建王家院尾礦庫，采用了荒草溝尾礦庫的排滲經驗，除了采用三維立體排水以外，在庫底鋪設水平排滲管網，經穩定計算確定，排滲管長210m，經運行期間定期觀測，初期壩浸潤線深度均在壩基以下，壩體穩定性良好。

3 結束語

堆積壩內采用三維排滲，壩基設排滲褥墊，可以明顯降低壩體浸潤線高度，提高細粒尾砂筑壩的穩定性。

細粒尾砂筑壩采用三維排滲，壩基形成排滲褥墊的排滲方式，施工難度不大，工程造價較低，與一次性筑壩相比較，工程投資可節省50%以上。綜上所述，該排滲措施來降低壩體浸潤線，解決細粒尾礦筑壩在技術上是可行的，在經濟上是合理的，在安全上是有保證的。

P624[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-373-2

康耀（1982～），男，本科，工程師，研究方向為巖土工程勘察、設計、地質災害等。