付亞鑫

（秦皇島鑫冶勘察基礎(chǔ)工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 基本概念

1.1 土壓力計算的水土分算與合算

有效應(yīng)力原理，是土力學(xué)最重要最基本的原理之一，也是基坑工程設(shè)計者必須深刻理解牢牢掌握的基本概念。如果不熟悉有效應(yīng)力原理，選擇試驗方法時就會陷入盲目性。無論應(yīng)力路徑還是排水條件，試驗條件與現(xiàn)場條件不可能完全一致，只能近似地選用較合理的方法。

采用水土分算還是水土合算方法計算土壓力是當前有爭議的問題。按照有效應(yīng)力原理，土中骨架應(yīng)力與水壓力應(yīng)分別考慮。從原理分析，“土水分算”優(yōu)于“土水合算”，因水土分算方法概念較清楚，符合有效應(yīng)力原理，但在實際應(yīng)用中也存在有效指標確定困難與無法考慮土體在不排水剪切時產(chǎn)生的超靜孔壓影響等問題。

1.2 土壓力計算中的強度指標

三軸剪優(yōu)于直剪。但在做實際工程設(shè)計時不一定如此，因為實際操作時，三軸試驗費時費力，對土樣質(zhì)量要求高，對試驗人員素質(zhì)要求高，否則試驗成果不穩(wěn)定，甚至反而不可靠。

按照土力學(xué)基本理論，采用水土合算原則計算土壓力時，相應(yīng)的抗剪強度指標應(yīng)采用土的總應(yīng)力強度指標C、φ。采用水土分算原則計算土壓力時，相應(yīng)的抗剪強度指標應(yīng)采用土的有效應(yīng)力強度指標C/、φ/。然而，目前的基坑工程設(shè)計中通常還是采用直剪固結(jié)快剪指標C、φ進行設(shè)計計算的。這固然與基坑工程設(shè)計的習(xí)慣有關(guān)，也與目前的巖土工程勘察報告中一般不提供土的有效強度指標C/、φ/數(shù)值，僅少量工程提供三軸固結(jié)不排水剪指標Ccu、φcu的現(xiàn)狀有很大關(guān)系。

從符合土力學(xué)基本原理以及不斷提高基坑工程設(shè)計水平的需要出發(fā)，基坑工程土壓力計算應(yīng)逐步向采用三軸固結(jié)不排水剪指標Ccu、φcu的方向發(fā)展。

此外，常規(guī)三軸試驗通常是與豎向加荷情況相對應(yīng)。在基坑開挖過程中，土體的應(yīng)力路徑與豎向加荷情況不同，坑底土和墻后土分別表現(xiàn)為豎向卸荷與側(cè)向卸荷。由于土體的強度指標與應(yīng)力路徑關(guān)系密切，因此合理的強度指標確定方法應(yīng)根據(jù)基坑開挖工程的特點，通過三軸卸荷試驗進行。

1.3 地下水

分析基坑工程失敗原因可知，直接或間接與地下水有關(guān)的占大多數(shù)，這就與設(shè)計者不熟悉水文地質(zhì)原理，不清楚水文地質(zhì)的基本概念有關(guān)。

強透水性地層具有靜水壓力，眾所周知，沒有爭議；弱透水性地層有沒有靜水壓力，看法就不同了。有時，弱透水層的開挖面上出水很少，并不說明靜水壓力低，而是由于不符合靜水壓力的條件。

有多層地下水且有越流滲透條件時，流線和水頭的分布也不同于靜水條件。因此，設(shè)計者必須牢牢掌握滲流運動的原理，當有穩(wěn)定滲流時（包括越流滲透、坑內(nèi)或坑外降水）進行流網(wǎng)分析，有利于掌握基本概念，合理地進行地下水控制設(shè)計。

2 基坑工程計算分析

基坑工程設(shè)計時進行計算是不可缺少的，但也不能盲目相信計算。應(yīng)從定性的概念分析人手，抓住關(guān)鍵問題，在定性分析的基礎(chǔ)上進行定量分析。

2.1 擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力計算是個比較復(fù)雜的問題，從土力學(xué)這門學(xué)科的土壓力理論上講，根據(jù)不同的計算理論和假定，得出了多種土壓力計算方法，其中有代表性的經(jīng)典理論如朗肯土壓力、庫侖土壓力。但不論是庫倫還是朗肯建立土壓力理論時，都是用于重力式擋土墻，先筑墻，再在墻背后填土（一般為無粘性土）；而現(xiàn)在的基坑工程，則是在土中筑墻或樁，再開挖卸荷，墻背后原狀土。無論支擋結(jié)構(gòu)的型式、土的性質(zhì)、施工次序、土中應(yīng)力路徑都有很大不同。

2.2 庫倫-朗肯理論假定，破裂面是平面，破壞土楔是剛體，這與實際情況出入較大，尤其是被動土壓力。庫倫-朗肯假定的墻為無限長，是平面問題，而基坑工程是空間問題，在基坑轉(zhuǎn)角附近誤差較大。

2.3 無論主動土壓力還是被動土壓力，都需要一定的位移量才能達到，而過大的位移量對工程又是不容許的。實際動用的土壓力力一般為靜止與主動之間或靜止與被動之間的土壓力。

2.4 作用在支護結(jié)構(gòu)上的土壓力及其分布規(guī)律取決于支護體的剛度及側(cè)向位移條件。

剛性支護結(jié)構(gòu)的土壓力分布可由經(jīng)典的庫侖和朗肯土壓力理論計算得到，實測結(jié)果表明，只要支護結(jié)構(gòu)的頂部的位移不小于其底部的位移，土壓力沿垂直方向分布可按三角形計算。但是，如果支護結(jié)構(gòu)底部位移大于頂部位移，土壓力將沿高度呈曲線分布，此時，土壓力的合力較上述典型條件要大10%～15%，在設(shè)計中應(yīng)予注意。

相對柔性的支護結(jié)構(gòu)的位移及土壓力分布情況比較復(fù)雜，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況分析，選擇適當?shù)耐翂毫χ担袟l件時土壓力值應(yīng)采用現(xiàn)場實測、反演分析等方法總結(jié)地區(qū)經(jīng)驗，使設(shè)計更加符合實際情況。

由上可知，庫侖-朗肯土壓力理論與基坑工程的實際出入相當大，是很容易理解的，如設(shè)計者對這些概念是清楚的，就不會過分相信計算結(jié)果了。

3 現(xiàn)場監(jiān)測和信息化施工

深基坑施工中的監(jiān)測工作是指導(dǎo)施工、避免事故發(fā)生的必要措施，也是進行信息化施工的手段。近年來，有的基坑工程為了節(jié)約而不安排監(jiān)測，或減少監(jiān)測費用；有的工程對測試數(shù)據(jù)不認真分析，或者分析水平不高。因而造成各種大大小小的事故和不應(yīng)有的損失。

隨著施工的進展，根據(jù)定期監(jiān)測得到的信息，與原來的計算結(jié)果比較，并反演計算參數(shù)，根據(jù)反演參數(shù)重新分析計算，必要時適當修改設(shè)計或施工步驟，再繼續(xù)施工和監(jiān)測，如此一次一次地反復(fù)，一次一次地趨于正確，這就是反分析法或信息化施工，已被廣大巖土工程師接受。

注重現(xiàn)場監(jiān)測和信息化施工，是概念設(shè)計思想的自然延伸，這方面已獲共識。概念設(shè)計是一種設(shè)計思想。設(shè)計者應(yīng)當具有探索精神和創(chuàng)造精神，不能滿足于現(xiàn)成的公式；要充分掌握情況，深刻理解原理，不要犯概念上的錯誤；不能機械地照搬經(jīng)驗，要在相關(guān)理論的指導(dǎo)下，借鑒已有經(jīng)驗進行分析和判斷；事先的定量計算只是一種估計，只有原型工程的實測數(shù)據(jù)最可信。

結(jié)語

巖土工程最突出的特點是不確定性。基坑工程設(shè)計強調(diào)概念設(shè)計，集中體現(xiàn)了辨證發(fā)展的理念。

[1]GB50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]唐業(yè)青，李啟民，崔江余.基坑工程事故分析與處理[Z].