緊臨重力式擋土墻基坑設(shè)計計算研究

吳巍巍 彭文祥

摘 要：本文利用理正深基坑軟件對工程實例分別建立實際模型和等效荷載模型，模擬基坑開挖過程，將計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，得出采用等效方法進(jìn)行設(shè)計計算時基坑偏于不安全，且等效時會忽略擋土墻與其背后土體的重度差異影響等結(jié)論，以期為類似基坑支護(hù)設(shè)計計算提供參考。

關(guān)鍵詞：重力式擋土墻；基坑支護(hù)；重度差異

中圖分類號：TU457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0122-02

The Study on Design and Calculation of Foundation Pit Close

to Gravity Retaining Wall

WU Weiwei1，2 PENG Wenxiang1，2

（1.School of Geosciencesand Info-Physics， Central South University ，Changsha Hunan 410083；2.Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring（Central South University），Ministry of Education，Changsha Hunan 410083）

Abstract： We used Lizheng foundation pit software to establish the actual model and the equivalent model in this paper respectively， simulated the excavation process of foundation pit， and compared the simulation results. It was concluded that the foundation pit was unsafe when the equivalent method was used for the design and calculation， and the serious difference between the retaining wall and the soil behind the soil was ignored when the equivalent method was used. The conclusion provided reference for similar design and calculation of foundation pit support.

Keywords： gravity retaining wall；foundation pit support；severe difference

隨著城市的大規(guī)模建設(shè)，土地資源越來越稀缺，深基坑越來越多，城市高層建筑物一般是建在建筑物密集、人口稠密的地區(qū)[1，2]，基坑與既有建筑物之間的距離很小，有些甚至緊貼既有建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行開挖。在實際工程中，經(jīng)常遇到深基坑附近存在既有的重力式擋土墻，有時深基坑邊緣距離擋土墻僅1m左右，在如此邊界場地下開挖基坑，若設(shè)計、施工不當(dāng)或保護(hù)措施不力，會導(dǎo)致?lián)跬翂突又ёo(hù)結(jié)構(gòu)被破壞，從而造成重大生命財產(chǎn)損失。對此類邊界基坑，目前通常是將擋墻及其背后土體等效為均布荷載作用在基坑頂水平面上，用朗肯土壓力計算公式進(jìn)行設(shè)計計算，但這種方法難以準(zhǔn)確反映開挖過程中擋土墻與基坑的相互影響。本文運用理正深基坑軟件對實際模型及等效荷載模型進(jìn)行計算，得出此類邊界基坑支護(hù)時僅僅將重力式擋土墻等效為豎向均布荷載弱化了擋土墻及其后土體對基坑的實際影響。

1 工程簡介和計算模型

1.1 工程概況

擬建澳洲商業(yè)廣場基坑位于長沙市勞動廣場東南角，現(xiàn)金帝大酒店西南側(cè)，場地南側(cè)形成5.90～10.80m高的邊坡，20世紀(jì)70年代砌筑有重力式麻石擋墻，現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)，擋墻底標(biāo)高45.2m，擬建建筑設(shè)三層地下室，開挖底標(biāo)高為29.2m。基坑開挖深度約為12～21m。

1.2 地層巖土工程條件

根據(jù)鉆探揭露結(jié)果，場地內(nèi)分布的地層主要有人工填土層、第四系新近沉積層、第四系沖積層及殘積層，下伏基巖為第三系含礫泥質(zhì)粉砂巖。

1.3 地下管網(wǎng)

場地臨近馬路及生活小區(qū)，基坑西面、南面基坑深度范圍內(nèi)有管線，施工時注意避開，不得損害。

1.4 水文地質(zhì)條件

主要為賦存于雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中的上層滯水，受大氣降水及地下水的側(cè)向補給，水量小，地下水水質(zhì)對砼結(jié)構(gòu)不具腐蝕性。本文不考慮地下水作用。

1.5 基坑支護(hù)

我們選擇基坑南側(cè)進(jìn)行研究，該段頂部緊鄰擋墻，擋墻高6m，基坑總深度為19.6m，該段巖土體力學(xué)參數(shù)見表1。在已有工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料和周邊環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多種支護(hù)方式的對比，最終采用樁錨支護(hù)。

1.6 設(shè)計計算

運用理正深基坑軟件進(jìn)行設(shè)計計算，采用兩種計算模型。第一，等效模型，將擋土墻及其背后土體等效為荷載作用在基坑頂部；第二，實際模型，緊臨重力式擋土墻的基坑模型，對兩種模型計算結(jié)果進(jìn)行分析比較。

1.6.1 等效模型計算結(jié)果。樁徑1.5m，樁間距為2m，采用C30混凝土澆筑，腰梁尺寸為300mm×450mm，樁間土噴射C20混凝土厚100mm。基坑采用五排錨索水平間距2m，水平傾角15°，錨索參數(shù)詳見表2。

1.6.2 實際模型計算結(jié)果。樁徑、樁間距及錨索水平間距與上述相同。錨索參數(shù)詳見表3。

通過表2與3可知，緊臨擋墻的實際模型計算結(jié)果前四排錨索均比等效模型長，尤其是錨固段長度，比等效模型分別長了4、2.5、2、1m，錨索內(nèi)力也稍大，五排錨索內(nèi)力比等效模型大了3.79%～76.58%不等，越靠近樁頂，差別越大。此外，從表中我們不難發(fā)現(xiàn)，實際模型錨索的自由段長度比等效模型稍大，說明實際模型的潛在破壞面更深一些。

錨拉式支擋結(jié)構(gòu)和支撐式支擋結(jié)構(gòu)，其嵌固深度還需滿足以最下層支點為軸心的圓弧滑動穩(wěn)定性要求。Kr為以最下層支點為軸心的圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)。

等效模型計算結(jié)果（以最下層支點為軸心的圓弧條分法計算）為：

Kr=2.206≥2.200 （1）

由式（1）可知，圓弧滑動穩(wěn)定性滿足要求。

實際模型計算結(jié)果（以最下層支點為軸心的圓弧條分法計算）為：

Kr=1.794<2.200 （2）

由式（2）可知，基坑圓弧滑動穩(wěn)定性不滿足要求。

因此，將上部擋墻及其背后土體等效為荷載計算時，弱化了擋墻及土體對下部基坑的影響，是偏于不安全的，設(shè)計計算時應(yīng)適當(dāng)增大錨桿長度，尤其是受影響較大的上部支護(hù)段，并適當(dāng)增加樁長，否則基坑可能繞最下層錨桿支點圓弧滑動破壞。

另外，將擋土墻及其背后土體等效為荷載進(jìn)行基坑設(shè)計時，經(jīng)常會忽略擋土墻與背后填土重度差異，而直接按墻后土體來等效為相應(yīng)豎向荷載，此時未考慮等效荷載的精度問題。基坑支護(hù)設(shè)計時，應(yīng)考慮到此差異造成的影響，適當(dāng)增大受影響較大的上部支護(hù)段錨索的長度。

2 結(jié)論

①緊臨重力式擋土墻基坑進(jìn)行支護(hù)設(shè)計時，按照傳統(tǒng)做法僅將擋土墻及其背后土體等效為豎向均布荷載作用于基坑頂水平面上，未完全考慮擋土墻及其背后土體對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，不能滿足變形控制要求，基坑偏于不安全。

②等效計算時，應(yīng)考慮到擋土墻與土體的重度差異影響。此外，還應(yīng)驗算上部擋土墻穩(wěn)定性（若不滿足穩(wěn)定性要求，需對上部擋土墻進(jìn)行加固處理）。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洪亮，宋二祥，宋福淵.緊鄰既有建筑基坑有限土體主動土壓力計算方法[J].工程力學(xué)，2014（4）：76-81.

[2]張國亮.緊鄰既有線地鐵車站深基坑工程穩(wěn)定與變形特性研究[M].長沙：中南大學(xué)，2012.