林永國(guó)，莊勝奇

(福建漳龍建投集團(tuán)有限公司，福建漳州 363000)

在基坑工程施工中周邊環(huán)境簡(jiǎn)單，開(kāi)挖深度較淺時(shí)，為了節(jié)約成本、施工簡(jiǎn)便，目前經(jīng)常會(huì)采用放坡開(kāi)挖的方式，但是在軟土地區(qū)樁基已經(jīng)施工的情況下，基坑無(wú)支護(hù)放坡開(kāi)挖易引起邊坡失穩(wěn)[1]，又由于軟土地區(qū)土應(yīng)力在超過(guò)土體強(qiáng)度之前就有很大的塑性變形，邊坡中土體應(yīng)力過(guò)大，土體發(fā)生滑動(dòng)破壞，從而導(dǎo)致周圍建筑樁基以及基坑底部樁基偏移、破壞[2]。

谷文昌干部學(xué)院一期建筑基坑采用無(wú)支護(hù)放坡開(kāi)挖的可能性，以及對(duì)樁基存在的影響，本文采用Matlab編程的Bishop法和強(qiáng)度折減法，研究基坑穩(wěn)定性。仿真結(jié)果同時(shí)與施工過(guò)程進(jìn)行相互驗(yàn)證表明：基坑放坡施工可能引起邊坡失穩(wěn)，并導(dǎo)致靜壓樁Z軸失穩(wěn)，亦會(huì)加大邊坡失穩(wěn)的概率，必須對(duì)邊坡采取支護(hù)措施。

1 邊坡風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 工程概況

谷文昌干部學(xué)院一期工程地下室1層，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，樁基設(shè)計(jì)為乙級(jí)。采用預(yù)制方樁基礎(chǔ)(共計(jì)1 037根)，樁端設(shè)計(jì)持力層為“散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層”。樁截面500 mm×500 mm和400 mm×400 mm兩種，樁長(zhǎng)預(yù)估為14～28 m?？垢≡O(shè)計(jì)水位為黃海高程4.8 m。

設(shè)計(jì)總樁數(shù)1 037根，其中抗壓樁780根，樁型號(hào)：AZH50(AJZH50)，單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值4000KN，樁端持力層為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(5)，樁端進(jìn)入持力層深度不小于2.0D；抗壓兼抗拔樁161根，樁型號(hào)：AZH50(AJZH50)，單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值4 000 kN，單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值960 kN，樁端持力層為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(5)，樁端進(jìn)入持力層深度不小于2.0D；抗壓樁96根，樁型號(hào)：AZH40(AJZH40)，單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值2 600 kN，樁端持力層為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(5)，樁端進(jìn)入持力層深度不小于2.0D?；油帘谝运靥钔翆訛橹?，還有局部淤泥層，應(yīng)充分考慮土體的時(shí)空效應(yīng)及蠕變性主要地質(zhì)情況見(jiàn)表1。

1.2 基坑邊坡分析

條分法和簡(jiǎn)化Bishop法等是基坑邊坡安全性計(jì)算中較常采用的計(jì)算方法[1-3]。隨著商用軟件的推廣，技術(shù)人員傾向于采用可自動(dòng)求解最小安全系數(shù)及臨界滑裂面強(qiáng)度折減法[5-7]，具有無(wú)須提前假定滑裂面的優(yōu)勢(shì)。

表1 場(chǎng)地土主要土質(zhì)參數(shù)

土體采用摩爾庫(kù)倫模型，平面應(yīng)變單元模擬，樁基采用線彈性樁單元模擬，整體有限元網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1。

圖1 模型網(wǎng)格劃分

本文采用Matlab編程，將土體參數(shù)的不確定性采用隨機(jī)有限元的方法嵌入到簡(jiǎn)化Bishop法中，計(jì)算結(jié)果與商用有限元的強(qiáng)度折減法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，繪制見(jiàn)表2。

表2 場(chǎng)地邊坡安全系數(shù)

從計(jì)算對(duì)比分析可見(jiàn)當(dāng)基坑邊坡開(kāi)挖1 m時(shí)，滑動(dòng)面最小安全系數(shù)約為1.81～1.86，其中建筑物樁基部分落于淺層滑動(dòng)面內(nèi)，全部落于深層滑動(dòng)面內(nèi)，由于場(chǎng)地土體中分布有局部淤泥層，易導(dǎo)致樁基滑動(dòng)偏移；當(dāng)開(kāi)挖完成時(shí)，滑動(dòng)面中最小安全系數(shù)已經(jīng)在1左右，基坑臨邊在滑動(dòng)破壞臨界狀態(tài)，此時(shí)深層滑動(dòng)起到?jīng)Q定性作用，滑動(dòng)應(yīng)變見(jiàn)圖2。

圖2 基坑邊坡最大剪切應(yīng)變

由圖2分析可知，采用Matlab編程的簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算得到的深層滑動(dòng)數(shù)據(jù)與強(qiáng)度折減法仿真結(jié)果近似，說(shuō)明本分析反映了場(chǎng)地土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，同時(shí)驗(yàn)證了考慮土體參數(shù)變異性編程計(jì)算的可靠性。

2 樁基偏移的仿真模擬

2.1 仿真模型

基坑施工易導(dǎo)致先施工樁基的偏移變形，進(jìn)而引起樁基斷裂等施工質(zhì)量問(wèn)題。為了分析基坑開(kāi)挖引起的邊坡滑動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)行有限元仿真模擬。

2.2 樁基偏移分析

圖3(a)為基坑開(kāi)挖完成，周圍土體的水平變形圖。從圖中可以看出，坑底土體向坑內(nèi)方向水平偏移-54 mm。由此可見(jiàn)：基坑若采用放坡開(kāi)挖，可能導(dǎo)致坑內(nèi)土體較大的偏移變形，并對(duì)周圍樁基造成影響。圖3(b)樁基因土體偏移引起的附加彎矩。由樁身彎矩可看出基坑邊坡采用無(wú)支護(hù)放坡開(kāi)挖，邊坡土體向基坑方向滑移，土體的偏移，導(dǎo)致樁基的受力狀態(tài)發(fā)生變化，可能造成樁基出現(xiàn)偏移斷裂等質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生。

3 技術(shù)措施

根據(jù)以上分析，基坑支護(hù)采用噴錨支護(hù)，地下室邊坡設(shè)計(jì)采用噴錨支護(hù)、坡度1∶0.6～1∶1。坡面采用內(nèi)掛φ6.5@250×250鋼筋網(wǎng)并噴射C20混凝土厚80 mm進(jìn)行護(hù)面，設(shè)長(zhǎng)度1 000 mm插筋，φ14@2000×2000梅花形布置，并設(shè)長(zhǎng)度1 000 mm，φ100PVC泄水管，間距2000×2000梅花形布置，入土部分打φ6@50麻花眼，外包兩層無(wú)紡?fù)凉げ迹鈨A3 %。

開(kāi)挖方式：分三層開(kāi)挖，第一層開(kāi)挖深度2.0 m，第二層開(kāi)挖深度1.4 m，第三層開(kāi)挖深度1.0 m，最后留0.2 m人工撿底。如圖4所示。裝載機(jī)留坡道并為下層作好道路墊實(shí)工作。作好護(hù)壁工作面的修整、交叉配合工作。在基坑邊緣線5.0 m以外，對(duì)護(hù)壁不產(chǎn)生大的影響的情況下，可連續(xù)開(kāi)挖下一層。待周邊噴錨完成后，清理周邊，向下挖掘。

(a)土水平位移

圖4 基坑開(kāi)挖示意(單位：mm)

最后由反鏟挖掘機(jī)依留設(shè)坡道的反序收出土坡道。開(kāi)挖工作面溝槽土方時(shí)，機(jī)械行走路線須與支護(hù)施工配合，盡量不影響支護(hù)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

綜上所述，應(yīng)用Matlab編程與有限元仿真對(duì)谷文昌干部學(xué)院一期工程基坑施工進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

在土質(zhì)不均狀況下，基坑開(kāi)挖必須重視邊坡支護(hù)施工，基坑周邊存在淺層和深層滑動(dòng)同時(shí)出現(xiàn)的可能，同時(shí)引起樁基破壞，必須對(duì)邊坡采取支護(hù)措施。