反壓土在基坑支護中的實際運用

顏 晨，錢玉林，李晨楠，徐 揚，蔣邵軒

（揚州大學，江蘇 揚州 225000）

0 引言

隨著地面高層地下多層建筑的建設，相當多類型的基坑運用在了工程建設中，大規模開挖的基坑也逐漸多了起來。這使基坑工程得到了飛速的發展，多種形式的支護方式的理論不斷完善，與此同時實際工程中也出現更多的支護類型，基坑底部留出部分反壓土的支護形式便應運而生。當基坑開挖面積較大時，為了保證支護結構的穩定性，必須架設大面積的內支撐系統，內支撐系統的布置與拆除需要大量的資金投入與時間，進而影響整體工程的造價與工期。因此造價低廉且作用效果明顯的基底留設反壓土的支護方法應運而生。使用留設反壓土法處理地基，可以就地取材，施工方便，不需要特殊機械進行處理，因此在工程造價方面可以省去一大筆開支。由于留設反壓土法經濟實用，故越來越多的基坑工程選擇此法。

1 反壓土作用機理

豎向變形在基坑開挖過程中經常出現，反壓土一般發揮了兩個功能：①土體受到的豎向應力，在反壓土自重應力的荷載下，明顯增大。削弱了因為土體開挖產生的卸荷效應，使基坑底的回彈土變得更少。在此影響下，基坑底部的抗隆起穩定性有一個顯著的加強；②在基坑內反壓土的荷載作用下，坑內土體對支護結構會有一個水平荷載。

支護結構的效果顯著增強，其水平位移會減小，基坑外部的地面沉降也會隨之減少。圖1 是根據土堤（壩）自重應力的計算。從而得出，在工程建設中存在反壓土時，基坑支護的情形。首先假設在反壓土中，有部分自重應力被看作為梯形的分布形式。再采用面積等效的類似計算方式，把梯形分布的應力荷載等效近似為一個矩形分布。在有限元軟件的分析后，對矩形分布荷載進行模擬，然后與梯形分布荷載進行比較。在這兩種不同情況下，分析表明在l 范圍內，坑底回彈量與實際比較，基本一致。且在采用矩形分布荷載計算中，計算結果比較后，表現更加保守。圖1中反壓土底部的自重應力p0等效計算公式：

需要特別提出，在基坑開挖這個過程中，基坑底部回彈隆起區域出現在基坑底部周圍，因此要注意基坑回彈隆起的控制區域。在對反壓土自重應力進行計算時，必須要將一因素考慮進工況中——反壓土底部附近存在的自重應力，即按公式（1）計算。

圖1 反壓土作用計算

2 基于實際工程的案例參考

2.1 工程概況

在此次工程設計中，采用一級放坡，然后打入鋼板樁，這一支護形式。設計在在西側部分地段；在南側局部地段，采用一級放坡和鋼板樁，并且留置反壓土，這一支護結構；其余各側采用的是三級放坡支護這一形式，坡比1:0.80～1:1.00 這一設計區間，放坡支護結構方案在局部坑中坑等落深處也進行運用。

表1 滲透系數統計

2.2 地質情況與水文條件

2.2.1 工程場地條件

經勘察查明，各土層表現為如下性狀：

第①層為雜填土：土質成分不均勻，性質不是很良好。在此土質中，力學強度有較大差距。該層場地土質均勻，土層厚度在0.50～2.50m 之間，土層厚度平均為1.08m，土層底面平均標高4.71m。

第②層為粉土：土質局部為灰黃色，越往下部，圖層顏色漸變為灰色，土質表現為中密至密實，含水表現為濕到很濕，粉砂含量較少、粉質黏土會局部出現在土質當中。土質普遍分布，層厚1.90～4.00m，平均地層厚度3.04m，土層的底部標高1.67m。

第③層為粉砂夾細砂：土質顏色為灰色，土質密度中密，相對飽和，石英、黑色礦物及少量云母大量分布在土質當中。場地地質分布比較均勻，層厚度11.10～15.50m，平均層厚度為12.97m，土層底部高度-11.30m。

第④層為粉砂夾粉土：土質顏色表現灰色，粉砂含量較多，中密，局部較為密實，飽和；在粉土中，土質表現為稍密至中密，濕度逐漸變濕，土質分布均勻，土層有2.50～7.60m 不等的厚度，平均土層厚度為4.09m，底部的標高-15.39m。

第⑤層為粉砂夾細砂：灰色在土質中較為明顯，土質密度中密，局部土質密實，顆粒外觀呈現為亞圓～棱角狀，級配不是很良好，薄層粉土在局部會有表現。該層土質分布較為均勻，層厚1.70～23.30m 不等，平均地層厚度為18.38m，層底標高為-33.77m。

2.2.2 場地的水文地質

在第①～⑤層土中，以孔隙潛水為主。通過勘探得知，地下水位埋藏標高4.50～4.60m。大部分為大氣降水滲入地下，同時也有地表水對地下水補充。水的流逝主要是因為蒸發。地下水常年變化范圍自然地面以下0.50～2.50m，近3—5 年及歷史最高水位埋深（自然地面以下）0.0m。由于微承壓水的水頭埋深高于地下室底板，須考慮承壓水對基坑施工產生的不利影響。

土層滲透系數室內試驗值見表1。

2.3 基坑工程支護方案設計計算

（1）基坑支護方案選取。通過總平面圖、基礎圖、地質條件，周邊建筑物分布情況以及基礎型式，從而確定本工程基坑支護方案。依據相關規范設計要求，本工程地下室基坑西南側地段采用鋼板樁支護方案；西南側局部采用反壓土+鋼板樁支護方案。其中鋼板樁采用拉森鋼板樁，型號為拉森Ⅳ型，尺寸為400mm×170mm×15.5mm，長度為90m，反壓土坡比為1:0.80～1:1.00。

（2）采用瑞典條分法來對穩定性進行一個初步計算，反壓土+鋼板樁支護穩定性的計算方法主要依據為《建筑基坑支護技術規程（JGJ 120—2012）》。

通過計算結果分析得出，反壓土+鋼板樁支護時邊坡整體穩定安全系數值Ks 最小為1.642，己經大于《建筑邊坡工程技術規范》中規定的最小安全系數1.2，符合設計規范。故根據《建筑基坑支護技術規程（JGJ 120—2012）》，來對該基坑工程在邊坡穩定狀態下，運用瑞典條分計算方式，對鋼板樁這一支護形式，進行穩定性的相關計算。

根據計算結果得出，鋼板樁支護時邊坡整體穩定安全系數值Ks 最小為1.497，己經大于《建筑邊坡工程技術規范》中規定的最小安全系數1.2，滿足設計要求，故該基坑工程邊坡處于穩定狀態。

2.4 基坑監測

從監測結果中得出，在9 月28 日時，西側鋼板樁支護的水平位移為60.8mm，而反壓土+鋼板樁支護的水平位移為14.7mm，二者相差45.1mm，反壓土作用效果明顯；本工程在9 月12 日時基坑開挖基本完成。通過監測可知，西側鋼板樁支護的坡頂位移在基坑開挖完成后，水平位移仍在繼續增加，且增加幅度較大，為6.4mm；反壓土+鋼板樁支護的坡頂位移隨時間變化幅度較小，僅為0.5mm。本工程于8 月19 日開始進行鋼板樁下部開挖并于9月12 日完成，從監測點可以看出，在鋼板樁的支護形式中，樁頂位移為147.6mm。而在反壓土與鋼板樁結合使用后，樁頂位移減少到了95.6mm，減小了52.1mm。

3 總結

（1）反壓土對支護結構水平位移有著很好的抑制作用。

（2）反壓土+鋼板樁的支護形式經濟、安全、可行，適用于揚州市大部分基坑工程。

（3）反壓土鋼板樁的坡頂位移量不會隨時間變化而產生波動，在基坑開挖完成后便具有較好的穩定性。