軟土地區(qū)基坑工程變形分析及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

軟土地區(qū)基坑工程變形分析及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

【摘要】軟土地區(qū)基坑工程的施工很容易引起周圍土體的變形，基坑變形除了和工程地質(zhì)條件、施工環(huán)境、開(kāi)挖技術(shù)方案、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)外，贠受降排水、坑外堆載的影響，特別是在軟土地區(qū)，由于軟土具有強(qiáng)度低、壓縮性大、透水性弱的特點(diǎn)，造成基坑存在變形發(fā)展快、變形量大以及變形穩(wěn)定慢的特性。鑒于此，文章結(jié)合工程實(shí)例對(duì)軟土地區(qū)深基坑變形分及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究?！娟P(guān)鍵詞】軟土地區(qū)；深基坑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；變形分析1工程概況某工程有2層地下室，地上主體結(jié)構(gòu)8層，基坑的最大深度高達(dá)-16.80m，基坑平面大致呈矩形。該工程所在地為軟土地區(qū)，其土層的含水量比較高，強(qiáng)度比較低。場(chǎng)地各土層主要物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，需要開(kāi)挖大部分透水性比較差的淤泥質(zhì)土，因此，開(kāi)挖中極有可能發(fā)生基坑較大的變形。2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深基坑開(kāi)挖過(guò)程中常采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系主要有以下兩種：內(nèi)支撐和預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)。隨著我國(guó)城市化建設(shè)步伐的不斷加快和施工技術(shù)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)支撐體系在建筑工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用，工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性對(duì)該圍護(hù)體系的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性和變形存在較大的影響，同時(shí)對(duì)錨固的質(zhì)量要求更高，此外注漿體、巖體性質(zhì)、錨索束體特性和施工控制條件等都可能會(huì)引起該圍護(hù)體系出現(xiàn)局部或整體支護(hù)力不足而導(dǎo)致基坑破壞，進(jìn)而對(duì)后序工程的施工造成很大的影響。考慮到基坑的安全性和環(huán)境的保護(hù)，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)盡量少用預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)受深基坑形狀或使用功能等特殊需求限制時(shí)，可采用可回收錨索圍護(hù)體系；支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系一般采用內(nèi)支撐，第一道支撐應(yīng)首選混凝土支撐，其余可采用鋼支撐。在支撐圍護(hù)體系拆除和結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)盡量避免采用倒換支撐或減少倒換支撐的次數(shù)。根據(jù)工程所在地已有深基坑的調(diào)查資料和本工程基坑結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)考慮到本工程復(fù)雜的工程地質(zhì)條件、密集的建筑物和大量的管線，故在進(jìn)行本工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用地下連續(xù)墻配合內(nèi)支撐體系。地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)形式具有非常好的止水效果，且其施工技術(shù)也比較成熟，受力性能也比較好，同時(shí)起到加固深基坑基底的作用。該深基坑圍護(hù)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示：3基坑工程變形分析為了更加準(zhǔn)確的分析基坑的變形，本文對(duì)深基坑+圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，根據(jù)本工程現(xiàn)場(chǎng)情況，采用增量法對(duì)本工程深基坑每一步工況都進(jìn)行了模擬，這樣不但能夠清楚的了解施工過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力～應(yīng)變情況，而且還能夠更好的反映出深基坑土體隨時(shí)間的變化情況，真實(shí)的反應(yīng)出本工程基坑開(kāi)挖和支撐過(guò)程的變化情況。針對(duì)該工程施工情況，按五種工況進(jìn)行計(jì)算，如表2所示：表2計(jì)算情況表根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)給工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形進(jìn)行分析，其時(shí)程曲線如圖2所示。我們從圖2中可以清晰的看出：對(duì)于工況一(加第1道撐)，第一層土開(kāi)挖后24h后，地下連續(xù)墻體的變形0.85mm，開(kāi)挖48h后（加撐后24h），地下連續(xù)墻體的變形增加到2.42mm；開(kāi)挖64h后，墻體的變形基本上達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且最大變形量為3.12mm。對(duì)于工況二（加第2道撐），第二層土層開(kāi)挖24h后，地下連續(xù)墻的變形量為3.31mm，開(kāi)挖48h后，地下連續(xù)墻體的變形量增加到5.46mm；開(kāi)挖68h后，地下連續(xù)墻體的變形量基本上到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，且最大變形量為6.75mm。對(duì)于工況三，第三層土層開(kāi)挖24h后，地下連續(xù)墻體的變形為9.03mm，在開(kāi)挖48h后，地下連續(xù)墻體的變形增加到9.57mm，開(kāi)挖72h后，地下連續(xù)墻體的變形基本上到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，且最大變形量為10.25mm。對(duì)于工況四，第四層土層開(kāi)挖24h后，地下連續(xù)墻體的變形為13.28mm，在開(kāi)挖48h后，地下連續(xù)墻體的變形增加到14.24mm，開(kāi)挖76h后，地下連續(xù)墻體的變形基本上達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且最大變形量為15.23mm。對(duì)于工況五，第五層土層開(kāi)挖24h后，地下連續(xù)墻體的變形為17.82mm，在開(kāi)挖48h后，地下連續(xù)墻體的變形增加到18.58mm，在開(kāi)挖84h后，地下連續(xù)墻體的變形基本上達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，最大變形量為19.67mm。圖2加支撐墻體變形實(shí)測(cè)曲線本基坑土體開(kāi)挖后，地下連續(xù)墻體的變形增長(zhǎng)幅度大，特別是當(dāng)水平應(yīng)力比較高時(shí)，變形增幅表現(xiàn)的更為明顯，比如工況四和工況五地下了連續(xù)墻體的變化。當(dāng)內(nèi)支撐施加后，地下連續(xù)墻體的變形曲線斜率立即減小，直到變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，接近平行于時(shí)間軸。參照《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》JGJ311-2013中的安全控制指標(biāo)，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的最大水平位移必須控制在0.14％H以下，以上各個(gè)工況下地下連續(xù)墻體的最大變形量均在該控制值以內(nèi)，這表明在本工程深基坑施工過(guò)程中，采取分段開(kāi)挖分段及時(shí)施加內(nèi)支撐，能夠保證深基坑施工的安全性。4圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)本工程的底板坐落于淤泥粉質(zhì)粘土層，且基坑標(biāo)準(zhǔn)段呈長(zhǎng)條形。結(jié)合工程地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線情況，以上基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案是比較合適的。為了提高工程的經(jīng)濟(jì)性，本工程對(duì)支護(hù)體系進(jìn)行了以下優(yōu)化：首先設(shè)置首道鋼筋混凝土支撐，截面尺寸為700mm×900mm，呈米字型布置，支撐在1.1mx1.2m的鋼筋混凝土冠梁上；第二、第三道為采用直徑為600mm、厚度t=16mm的鋼管支撐。地下連續(xù)墻嵌固深度控制在22m，混凝土支撐的間距控制在9m，本基坑基底加固深度變化的計(jì)算結(jié)果如表3。從表3我們可以看出：在軟土地基條件下，提高深基底土體的加固深度，基坑的整體抗滑動(dòng)穩(wěn)定性得到很大的提高，同時(shí)也提高了基坑的抗傾覆穩(wěn)定性和抗隆起性，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形變化不大，對(duì)其變形的控制沒(méi)有明顯的影響。綜上所示，本工程的深基坑工程，圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土連續(xù)墻，并配合一道鋼筋混凝土支撐和兩道鋼支撐能夠確?；娱_(kāi)挖過(guò)程中基坑的安全性和經(jīng)濟(jì)性，且能夠滿足基坑的變形要求。5結(jié)論在軟土地區(qū)基坑施工的過(guò)程中，內(nèi)支撐的施加，大大的降低了地下連續(xù)墻體的變形曲線斜率，并能夠使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，確保深基坑的安全處于可控狀態(tài)。根據(jù)基坑的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，運(yùn)用合理的設(shè)計(jì)軟件對(duì)基坑的變形進(jìn)行計(jì)算分析；并對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了優(yōu)化，之后分析了優(yōu)化后的基底加固深度、地下連續(xù)墻嵌固深度和支撐間距條件對(duì)深基坑的整體抗滑動(dòng)穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和抗隆起穩(wěn)定性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響，進(jìn)而得到既安全有經(jīng)濟(jì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。Reference：[1]趙立杰.韓旭軟土地區(qū)深基坑工程變形實(shí)例分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì).2