謝 平

軟土泛指抗剪強度低、壓縮性大的軟弱土層，主要為飽和軟粘土，在天然地層剖面上，它往往與泥炭或粉砂交錯沉積。深基坑工程土方開挖必將產(chǎn)生支護結(jié)構(gòu)變形以及基坑周圍土體變形，開挖引起的變形不僅與地質(zhì)條件、支護情況、環(huán)境氣象條件、基坑開挖方案、支撐預(yù)應(yīng)力及施加時間等有關(guān)，同時還受降水、坑外超載等因素的影響，尤其是在軟土地區(qū)，由于軟土的天然含水率高、低強度、高壓縮性和弱透水性，基坑變形具有發(fā)展快、變形量相對較大和變形穩(wěn)定所經(jīng)歷的時間長等特性。深基坑工程設(shè)計及變形分析是軟土地區(qū)深基坑施工的關(guān)鍵技術(shù)，本文結(jié)合工程實例加以闡述。

1 工程概況

某工程主體地上 8層，地下室 2層，地下室基坑開挖深度最深達-16.80 m，基坑平面尺寸約為80m×57 m，基坑大致呈矩形。該場地在施工前曾為大面積池塘，后經(jīng)人工填土整平，土質(zhì)軟弱，土層含水量較高，屬于典型的軟土，場地各土層主要物理力學(xué)參數(shù)如表 1所示，開挖土層大部分為淤泥質(zhì)土，透水性差，因此可能在開挖中發(fā)生較大變形。

表1 土層主要物理力學(xué)參數(shù)

2 深基坑施工方案設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)布置

綜合考慮安全、經(jīng)濟、對周邊環(huán)境影響、施工便利這四個因素，本工程基坑設(shè)計采用鉆孔灌注樁加兩道內(nèi)支撐作為支護結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁樁長26.5m，樁徑1.1m，間距1.3m，外側(cè)設(shè)置雙軸深層攪拌樁止水帷幕，直徑0.7m，間距1m，深16m。支護樁內(nèi)支撐采用混凝土桁架支撐和鋼管支撐兩種形式，上下兩道支撐頂面標高分別為-2.0m和-6.5m，第一道支撐在基坑四個角部采用混凝土桁架形式，主撐截面為700mm×700mm，聯(lián)系梁截面為700mm×500mm，圍檁截面為600mm×800mm;第一道中部支撐及第二道支撐均采用雙鋼管支撐，截面為 2φ609 mm× 16mm;在圍護樁頂設(shè)置圈梁，截面為1 100mm×800mm，混凝土支撐及圍檁的強度為 C30。

基坑支護結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

2.2 基坑施工工藝

基坑的開挖及支撐應(yīng)遵從“分層、分步、對稱、平衡”的原則，通過控制分層開挖的層數(shù)、每層開挖的深度，以及每層開挖中的暴露時間和暴露的寬度及高度，充分利用未開挖土體的支撐作用，使支護結(jié)構(gòu)及土體的變形控制在容許范圍之內(nèi)。

確定本工程基坑施工流程:1)場地平整放線;2)設(shè)置降水井點，基坑預(yù)降水;3)開槽施工第一道支撐和鋼筋混凝土頂圈梁;4)土方開挖到第二道支撐底;5)施工第二道支撐和圍檁;6)土方分層開挖到基礎(chǔ)大底板底面，澆筑混凝土墊層，同時進行局部深坑的開挖;7)開挖結(jié)束，布置基礎(chǔ)底板鋼筋及鋼管混凝土工程柱，澆筑基礎(chǔ)大底板;8)基礎(chǔ)大底板設(shè)置換撐結(jié)構(gòu)，拆除第二道支撐;9)施工地下 2層結(jié)構(gòu);10)在第一道支撐位置換撐，拆除第一道支撐;11)施工地下1層結(jié)構(gòu)至±0.00樓板完成;12)基坑回填。

整個基坑開挖嚴格遵循“先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則進行，盡量減小基坑支護結(jié)構(gòu)及周圍地層的變形。混凝土支撐在開挖完成后 48 h之內(nèi)澆筑完畢，鋼支撐在開挖完成后 24 h內(nèi)架設(shè)。

表2 模擬開挖與支撐工況

3 深基坑開挖變形分析

深基坑施工引起的變形主要包括圍護結(jié)構(gòu)的變形、坑底土體隆起以及周圍地層的移動三方面?；娱_挖過程是開挖面上的卸載過程，不僅導(dǎo)致坑底土體產(chǎn)生以向上為主的位移，而且也引起圍護結(jié)構(gòu)在兩側(cè)土壓力差下而產(chǎn)生的水平向變形，圍護結(jié)構(gòu)的變形進一步導(dǎo)致坑底土體的塑性隆起，這兩者又是導(dǎo)致周圍地層移動的主要原因。

結(jié)合本工程的實際施工過程，考慮 14個工況，分析工況如表2所示。

基坑開挖與支撐過程樁體位移計算分析結(jié)果表明:

1)樁體變形位移特點。懸臂開挖階段，最大位移處位于樁頂，為57.5mm，施加第一道鋼支撐預(yù)應(yīng)力后，樁頂受到擠壓，最大位移減為49.1mm;隨著進一步開挖，樁頂受到支撐約束，位移變化很小，最大位移處開始向下移動;在開挖到底后，最大位移為91.9mm，位于-15.5m處。2)超開挖對樁體位移的影響。考慮了兩種施工中可能出現(xiàn)的超挖工況進行計算。超挖工況一:無任何支撐，一步開挖至-5.0m;超挖工況二:按正常施工順序施工至-7.0m，不加第二道鋼支撐，超挖至-9.0m。計算結(jié)果表明，超挖會造成樁體位移明顯增加:在懸臂開挖階段，超挖造成樁頂位移大大增加，約增大84%;在第一道支撐設(shè)置后，由于超挖造成樁身最大位移增幅達 30.5%。因此在深基坑開挖中，要嚴格禁止超挖現(xiàn)象，一定要“先撐后挖”。3)鋼支撐預(yù)應(yīng)力度對樁體位移的影響?？紤]了三種不同的預(yù)應(yīng)力度分別進行計算:不施加任何預(yù)應(yīng)力;兩道鋼支撐都施加了 100 t的預(yù)應(yīng)力;兩道鋼支撐都施加了200 t的預(yù)應(yīng)力。

計算結(jié)果表明，與無預(yù)應(yīng)力情況相比，施加 100 t預(yù)應(yīng)力可以使樁頂位移減小10.4%，樁體最大位移減小5.2%;施加200 t預(yù)應(yīng)力可以使樁頂位移減小 22%，樁身最大位移減少 11%。因此可見對鋼支撐施加一定的預(yù)應(yīng)力對減小支護樁的位移具有明顯的效果。

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