軟土區(qū)樁—土—錨組合深基坑支護數(shù)值試驗研究

王國欣 王 杰 周光毅

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，深基坑工程規(guī)模越來越大，面積幾萬甚至是十幾萬平方米的深基坑也層出不窮。在硬土地區(qū)，根據(jù)環(huán)境情況大面積的深基坑多采用了放坡或樁錨支護體系，但是在軟土地區(qū)，由于軟土的流變特征明顯，錨桿在軟土中的作用有限，會產(chǎn)生較大的基坑變形，對周邊環(huán)境的保護不利，所以對于周邊環(huán)境要求較高的軟土深基坑工程很少采用單排支護樁—錨桿的支護型式，認(rèn)為其存在一定的安全風(fēng)險，所以多采用了有內(nèi)支撐的支護型式[1-3]。然而，軟土區(qū)大面積深基坑采用混凝土內(nèi)支撐時，不但造成嚴(yán)重的材料浪費，成本較高，而且嚴(yán)重影響施工的進度。因此，在軟土區(qū)對于面積較大的基坑，其深度不深時(一般地下2層以內(nèi)或12 m以內(nèi))，通過經(jīng)濟技術(shù)比選，可考慮采用雙排樁—加固土墻—錨桿(簡稱樁—土—錨)的結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)基坑周邊環(huán)境的要求，選擇合適的雙排樁、加固土墻及錨桿的組合型式。有些學(xué)者曾對雙排樁與錨桿組合支護結(jié)構(gòu)進行了排距、樁徑、樁長、錨索長度、錨索預(yù)應(yīng)力等研究，但很少提及樁間加固土墻的作用[4-8]。本文通過數(shù)值試驗，確定雙排樁、加固土墻及錨桿在軟土深大基坑中的各自作用，以期優(yōu)化樁—土—錨支護結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

營口萬達(dá)廣場工程項目位于營口市渤海大街南側(cè)，工程整個大基坑?xùn)|西長約351 m，南北寬約322 m，總面積近11萬m2。整個基坑分為東西兩個區(qū)，東側(cè)商業(yè)區(qū)基坑面積約4.4萬m2，為地下2層結(jié)構(gòu)，平均深度11.6 m，局部最大深度12.8 m；西側(cè)住宅區(qū)基坑面積約6.6萬m2，為地下1層結(jié)構(gòu)，平均深度6.75 m，局部最大深度8.9 m，整體基坑設(shè)計安全等級為一級。

根據(jù)勘察報告顯示場地主要為第四系海陸交互沉積地層，主要由雜填土、粉土夾粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土與粉砂互層、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂、粉質(zhì)粘土等組成，分布特征表現(xiàn)為海陸相交互沉積，不均勻性及變異性大。地下水類型分別為上層滯水和微承壓水，上層滯水主要賦存在②粉土夾粉質(zhì)粘土、③粉質(zhì)粘土與粉砂互層之中，微承壓水主要賦存在④⑥⑦粉砂中，具有微承壓水特性，水頭埋深3.6 m～4.6 m，場地穩(wěn)定水位埋深0.2 m～1.70 m，平均埋深約1 m。上層滯水滲透系數(shù)0.1 m/d～0.5 m/d，粉砂孔隙微承壓水滲透系數(shù)為1.5 m/d。

設(shè)計采用了雙排樁采用了鉆孔灌注樁，前排樁φ800 mm@1 200 mm，后排樁φ800 mm@2 400 mm，雙排樁頂按1∶ 1.5放坡3 m，坡頂?shù)孛嫣幵O(shè)置φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁作為止水帷幕，在豎向設(shè)置三道錨桿，止水帷幕內(nèi)設(shè)置疏干降水井。

2 數(shù)值計算模型

2.1 計算基本假設(shè)

1)假設(shè)基坑支護為平面應(yīng)變問題；2)屈服準(zhǔn)則采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則；3)土體、降水固結(jié)土、坑內(nèi)旋噴加固土采用三角形單元，雙排樁采用板單元，錨桿采用錨桿單元；4)土體、降水固結(jié)土、坑內(nèi)旋噴加固土采用彈塑性材料模擬，雙排樁及錨桿采用線彈性材料模擬。計算采用了Plaxis進行了分析。

2.2 計算參數(shù)

基坑典型剖面的土層如表1所示，通過對②土層～⑤土層進行了疏干。

表1 基坑典型剖面各土層物理力學(xué)參數(shù)表

2.3 計算模型

計算分別對三種模型進行對比分析，具體如下：

1)純雙排樁模型(不考慮排樁間加固土和錨桿作用)，如圖1所示；2)雙排樁+加固土墻模型(不考慮錨桿作用)，如圖2所示；3)雙排樁+加固土墻+錨桿模型，如圖3所示。

3 計算結(jié)果與分析

從表2和表3可以看出，僅考慮雙排樁的模型時，其變形最大，在考慮了加固土墻和錨桿后雙排樁的變形逐漸減小(可稱為“基坑變形遞減法”)，每層土開挖后，雙排樁、加固土墻及錨桿在抵抗基坑變形上所起的作用大小不一，下面就具體分析每層土開挖后三者承擔(dān)的作用比例。

表2 三種模型下各層土開挖后的前排樁的變形量

模型變形量(mm)挖土層數(shù)第①層土(0 m～3 m)第②層土(3 m～4.9 m)第③層土(4.9 m～7 m)第④層土(7 m～9.5 m)第⑤層土(9.5 m～12.3 m)雙排樁15.0728.6844.6064.0190.13雙排樁+加固土墻17.1324.0330.3837.1848.72雙排樁+加固土墻+錨桿17.1523.1528.4733.7241.51

表3 考慮固結(jié)土與錨桿作用后各層土開挖后的前排樁變形減小量

第①層土開挖后，抵抗基坑變形的主要作用是雙排樁，其間的加固土墻和錨桿沒有參與作用，可以得出的結(jié)論是：基坑第①層土開挖后雙排樁起到了100%的作用比例。

第②層土開挖后，雙排樁、加固土墻及錨桿均參與了作用，從三者抵抗基坑變形來看，雙排樁抵抗了基坑變形23.15 mm，加固土墻抵抗了基坑變形4.65 mm，錨桿抵抗了基坑變形0.88 mm，可以得出的結(jié)論是：基坑第②層土開挖后雙排樁有80.7%的作用比例，加固土墻有16.2%作用比例，錨桿有3.1%作用比例。

第③層土開挖后，雙排樁、加固土墻及錨桿均參與了作用，從三者抵抗基坑變形來看，雙排樁抵抗了基坑變形28.47 mm，加固土墻抵抗了基坑變形14.22 mm，錨桿抵抗了基坑變形1.91 mm，可以得出的結(jié)論是：基坑第③層土開挖后雙排樁63.8%的作用比例，加固土墻31.9%作用比例，錨桿4.3%作用比例。

第④層土開挖后，雙排樁、加固土墻及錨桿均參與了作用，從三者抵抗基坑變形來看，雙排樁抵抗了基坑變形33.72 mm，加固土墻抵抗了基坑變形26.83 mm，錨桿抵抗了基坑變形3.46 mm，可以得出的結(jié)論是：基坑第④層土開挖后雙排樁52.7%的作用比例，加固土墻41.9%作用比例，錨桿5.4%作用比例。

第⑤層土開挖到坑底后，雙排樁、加固土墻及錨桿均參與了作用，從三者抵抗基坑變形來看，雙排樁抵抗了基坑變形41.51 mm，加固土墻抵抗了基坑變形41.41 mm，錨桿抵抗了基坑變形7.21 mm，可以得出的結(jié)論是：基坑第⑤層土開挖后雙排樁46.1%的作用比例，加固土墻45.9%作用比例，錨桿8.0%作用比例。

通過以上分析，所得結(jié)論列表如表4所示。

表4 各層土開挖后三種支護結(jié)構(gòu)體所分擔(dān)的作用比例表

4 結(jié)論與建議

1)對于營口軟土區(qū)地下2層(12 m以內(nèi))的基坑可采用錨—土—錨組合支護體系，其中起主要作用的是雙排樁與加固土墻兩者的作用，對于錨桿根據(jù)實際工程可進行相應(yīng)優(yōu)化。

2)基坑樁—土—錨組合支護體系能夠充分發(fā)揮各個結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，形成一種半剛性的支護結(jié)構(gòu)，適用于基坑面積較大的支護工程，特別是在軟土深大基坑工程，是一種安全、經(jīng)濟、節(jié)省工期的基坑支護體系。

3)采用“基坑變形遞減法”對雙排樁、加固土墻、錨桿三者作用比例進行分析的方法，是一種用來分析組合支護體系中各支護結(jié)構(gòu)所起作用的簡易分析方法。