軟土基坑開挖的變形分析研究

1 支撐系統(tǒng)及圍護結(jié)構(gòu)介紹

地下交通工程位于天津市塘沽開發(fā)區(qū)，屬于明挖隧道工程。塘沽濱海地區(qū)屬于典型的海相淤泥質(zhì)軟土地基，自填土層以下大部分屬于淤泥質(zhì)土，含水量大、壓縮性大、內(nèi)摩擦角小、降水困難?；由?4m，使用型鋼水泥土墻作為圍護結(jié)構(gòu)，型鋼水泥土墻水平長4 200 m，圍護結(jié)構(gòu)采用水泥土墻φ850mm@600mm，型鋼為H700mm×300mm×24mm，水泥土水泥摻量為18%的型鋼水泥土工法樁，壓頂梁為1 000mm×800mm的C25鋼筋混凝土。

2 軟土基坑開挖過程與變形的分析

2.1 建筑物變形觀測

對距離基坑13m遠，基礎(chǔ)深度與基坑基底開挖深度相同已經(jīng)竣工的28層筒體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)居民樓及距離建筑物邊界為7m、基礎(chǔ)埋深為15m，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的飯店進行了觀測，此2棟樓房的地基處理全部采用了鋼筋混凝土灌注樁。觀測結(jié)果見表1。

表1 周邊建筑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 mm

由表1可以看出，基坑施工期間建筑的實測最大沉降量為3.18mm，最大水平位移為5.94mm且變形速率均＜2mm/12 h，因此，周邊建筑的變形嚴格控制在設(shè)計要求的警戒值范圍以內(nèi)，基坑施工未對周邊建筑造成影響。

2.2 軸力分析

內(nèi)撐軸力分析，內(nèi)撐施加軸力設(shè)計原則是設(shè)計軸力值30%。標準斷面軸力設(shè)計值一道撐為687 kN，預(yù)加軸力為206 kN，二道撐為2 013 kN，預(yù)加軸力為604 kN，見表2。

表2 軸力統(tǒng)計 kN

通過以上軸力實測值確定，軟土基坑開挖土質(zhì)變化不大、周圍環(huán)境相同、深度相同、支撐系統(tǒng)相同、基坑開挖方法相同的基坑開挖最終產(chǎn)生的軸力數(shù)值變異性比較大，比如在表2中，BZL11的最大值為1 436.64 kN，而 AZL8為 472.03 kN，相差 964.41 kN，說明加撐時間快慢是引起軸力變異的關(guān)鍵，尤其在飽和、高壓縮、欠固結(jié)、流塑狀態(tài)下的土質(zhì)，加撐快慢是軸力變化的關(guān)鍵。

2.3 地表沉降及地表裂縫分析

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)同一斷面的監(jiān)測點的檢測數(shù)據(jù)反映地面沉降相差不多，這是軟土一個特點，軟土在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力荷載下，由于具備流動性，產(chǎn)生重塑，從而造成地面沉降最終相差不多。

在軟土地基條件下采取傳遞連續(xù)式挖土方式施工，對支護結(jié)構(gòu)的腰梁、支撐安裝及預(yù)加頂力這三個環(huán)節(jié)的速度要求較嚴格。一般來說，這三個環(huán)節(jié)速度快，冠梁頂部的水平位移就小，反之，則冠梁水平位移就大，嚴重的將造成坍塌事故。

軟土地基以外的其他地質(zhì)情況下，基坑挖土完成后的支護結(jié)構(gòu)的軸力及水平位移并不隨時間的延長而產(chǎn)生較大變化，而在軟流塑態(tài)土質(zhì)情況下，支護結(jié)構(gòu)軸力與水平位移隨時間的延長而變化，挖土過程中，支護結(jié)構(gòu)的工具柱一般不需要維護。軟土質(zhì)情況下，工具柱在挖土之前，必須先行加固，防止挖土過程中，土體蠕動造成工具柱位移與傾斜。邊坡土體在流塑狀態(tài)下，極易產(chǎn)生滑動，產(chǎn)生極大的沖擊?；釉O(shè)計對內(nèi)撐設(shè)置工具柱的，流塑狀態(tài)下的邊坡土體在開挖過程中緩慢向基坑內(nèi)流動，造成對工具柱的沖擊，使工具柱發(fā)生大幅度水平位移。不采取措施，工具柱將失效。

3 結(jié)語

軟土的深基坑開挖，只要圍護結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，支撐系統(tǒng)有足夠的強度和穩(wěn)定，可以采取連續(xù)開挖，對于設(shè)計結(jié)構(gòu)施工影響不大，但是對于基坑周邊環(huán)境影響比較大，滿足不了二級基坑的要求，可以采取減少同斷面支撐的豎向間距并及時加撐來解決，科學合理的開挖方式選擇及加撐快慢是軟土深基坑施工的關(guān)鍵控制要素之一。