張安玉，呂 惠

(1.山東同圓設(shè)計集團有限公司，山東濟南250000；2.青島理工大學土木工程學院，山東青島266033)

基坑支護設(shè)計時，傳統(tǒng)方法(即確定性分析方法)只是通過計算安全系數(shù)來衡量基坑支護穩(wěn)定與否。然而眾所周知，土體具有空間變異性，單單利用安全系數(shù)來評定基坑支護所得結(jié)果并不準確。由此，又引進了不確定性分析方法，即可靠度分析方法。本文擬采用可靠度分析方法，探究土釘參數(shù)對深基坑穩(wěn)定的影響，希望得到一些有益的結(jié)論。

1 復合土釘支護概述

土釘支護充分利用了原狀土的自承能力，把本來完全靠外加圍護結(jié)構(gòu)來支擋的被動土體，通過土釘技術(shù)的加固使其本身成為一個復合的擋土結(jié)構(gòu)[1]。但是土釘支護無法用于例如軟弱與泥質(zhì)土、砂性土層、地下有潛水和承壓水以及水量豐富的深基坑地質(zhì)條件。復合土釘支護的出現(xiàn)很好地彌補了土釘支護的缺陷。復合土釘支護是以土釘支護為主，輔以其他補強措施以保持和提高邊坡穩(wěn)定的復合支擴形式[2]。

復合土釘支護有很多優(yōu)點，如基坑施工無需設(shè)置支撐、圍檁。施工方便，材料用量和工程量小，工期短，經(jīng)濟可靠[3]。

2 蒙特卡洛法簡介

蒙特卡洛法，又稱統(tǒng)計試驗法或隨機抽樣技巧法。它適用于隨機變量的概率密度分布形式已知或符合假定的情況，在目前可靠度計算中，是一種相對精確的方法[4]。蒙特卡洛法是從概率的角度出發(fā)來求解失效概率的?；驹頌椋?/p>

設(shè)X1，X2，……Xn為N個獨立的隨機變量，建立功能函數(shù)：

F=G(X1,X2，……Xn)

(1)

依次將這N個獨立的隨機變量代入功能函數(shù)F，得到N個Fi值，統(tǒng)計其中F>0的個數(shù)，記做M,確定失效概率為：

Pf=M∕NN→∞

(2)

由于蒙特卡洛法是通過隨機抽樣來獲得失效概率的，所以隨著抽樣次數(shù)的增加我們所得到的的頻率才越接近邊坡的失效概率。

3 算例分析

3.1 工程概況

(1)某擬建高層住宅，框剪結(jié)構(gòu)，地上21層，高65 m，基礎(chǔ)埋深6 m，基坑開挖長34 m，寬34 m，深6 m。

(2)地層結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)見表1。

表1 地層結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

(3)復合土釘墻支護結(jié)構(gòu)參數(shù)。

基坑開挖深度為6 m，改變土釘參數(shù)：

情況一：分別加1 m、 3 m、 4 m、 5 m、 6 m長錨桿，縱向設(shè)計3排土釘，橫向間隔1 m，水平夾角10°，直徑0.1 m。

情況二：深基坑內(nèi)壁設(shè)置厚0.5 m混凝土面層。取混凝土容重19.1 kN/m3，粘聚力5 000 kPa,摩擦角35°，分別加1 m、3 m、4 m、5 m、6 m長土釘，縱向設(shè)計3排土釘，橫向間隔1 m，水平夾角10°，直徑0.1 m。

3.2 結(jié)果分析

土釘支護和復合土釘支護最危險滑動面位置對比，如下圖1、圖2、圖3所示。

(1)當土釘長度為1 m時：

圖1(a) 土釘支護最危險滑動面

圖1(b) 復合土釘支護最危險滑動面

(2)土釘長度為3 m時：

圖2(a) 土釘支護最危險滑動面

圖2(b) 復合土釘支護最危險滑動面

(3)土釘長度為5 m時：

圖3(a) 土釘支護最危險滑動面

圖3(b) 復合土釘支護最危險滑動面

土釘支護和復合土釘支護對比，如表2所示：

表2 計算結(jié)果匯總

(注：表中FS為安全系數(shù)，P為失效概率。)

由上表可知，無論是直接土釘支護，還是復合土釘支護，隨著土釘長度的增加，安全系數(shù)逐漸增大，失效概率逐漸減??；土釘支護和復合土釘支護比較，對于相同的土釘長度而言，后者的安全系數(shù)明顯大于前者，后者的失效概率明顯小于前者。

4 結(jié)論

改變土釘參數(shù)對復合土釘支護影響巨大，且復合土釘支護方法比直接土釘支護基坑邊坡更穩(wěn)固。所以在深基坑穩(wěn)定分析時，應在施工和經(jīng)濟允許的前提下盡量采用復合土釘支護方法，選擇合適的土釘錨固長度，從而更好的增加土坡穩(wěn)定性。

[1] 熊贊民，高全臣，王春來.SLIDE在深基坑支護可靠性分析中的應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2008,28(2)：39-41

[2] 張龍雙.復合土釘支護分析與簡介[J].建筑與預算，2012,(3):133-134

[3] 鄧紅剛.高層建筑深基坑開挖復合土釘支護技術(shù)的探討[J].商品與質(zhì)量:建筑與發(fā)展,2012,(11):84-85

[4] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理、方法、程序[M].北京:中國水利水電出版社,2003

[5] 祝玉學. 邊坡可靠度分析的蒙特卡洛模擬方法[J]. 露天采礦技術(shù)，1990,(4): 29-36

[6] 許文達. 基于蒙特卡洛-有限元法的邊坡可靠度分[J]. 福州大學學報:自然科學版，2004,32(1): 73-77