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软土地区基坑工程变形分析及围护结构设计研究

【摘要】软土地区基坑工程的施工很容易引起周围土体的变形，基坑变形除了和工程地质条件、施工环境、开挖技术方案、围护结构等因素有关外，贠受降排水、坑外堆载的影响，特别是在软土地区，由于软土具有强度低、压缩性大、透水性弱的特点，造成基坑存在变形发展快、变形量大以及变形稳定慢的特性。
鉴于此，文章结合工程实例对软土地区深基坑变形分及围护结构设计进行研究。
【关键词】软土地区；深基坑；围护结构；变形分析
1工程概况某工程有2层地下室，地上主体结构8层，基坑的最大深度高达-16.80m，基坑平面大致呈矩形。该工程所在地为软土地区，其土层的含水量比较高，强度比较低。场地各土层主要物理力学参数如表1所示，基坑开挖过程中，需要开挖大部分透水性比较差的淤泥质土，因此，开挖中极有可能发生基坑较大的变形。
2围护结构设计深基坑开挖过程中常采用的围护结构支撑体系主要有以下两种：内支撑和预应力锚索(锚杆)。随着我国城市化建设步伐的不断加快和施工技术的快速发展，预应力锚索(锚杆)支撑体系在建筑工程深基坑围护结构中得到了广泛应用，工程地质条件的复杂性对该围护体系的强度、整体稳定性和变形存在较大的影响，同时对锚固的质量要求更高，此外注浆体、岩体性质、锚索束体特性和施工控制条件等都可能会引起该围护体系出现局部或整体支护力不足而导致基坑破坏，进而对后序工程的施工造成很大的影响。
考虑到基坑的安全性和环境的保护，深基坑围护结构体系应尽量少用预应力锚索(锚杆)围护结构，当受深基坑形状或使用功能等特殊需求限制时，可采用可回收锚索围护体系；支撑围护结构体系一般采用内支撑，第一道支撑应首选混凝土支撑，其余可采用钢支撑。在支撑围护体系拆除和结构施工中，应尽量避免采用倒换支撑或减少倒换支撑的次数。
根据工程所在地已有深基坑的调查资料和本工程基坑结构形式，同时考虑到本工程复杂的工程地质条件、密集的建筑物和大量的管线，故在进行本工程深基坑围护结构设计时，采用地下连续墙配合内支撑体系。
地下连续墙+内支撑的支护形式具有非常好的止水效果，且其施工技术也比较成熟，受力性能也比较好，同时起到加固深基坑基底的作用。该深基坑围护体系结构标准断面如图1所示：
3基坑工程变形分析为了更加准确的分析基坑的变形，本文对深基坑+围护结构进行了有限元分析，根据本工程现场情况，采用增量法对本工程深基坑每一步工况都进行了模拟，这样不但能够清楚的了解施工过程中围护结构的应力～应变情况，而且还能够更好的反映出深基坑土体随时间的变化情况，真实的反应出本工程基坑开挖和支撑过程的变化情况。针对该工程施工情况，按五种工况进行计算，如表2所示：
表2计算情况表
根据计算结果对给工程围护结构的侧向变形进行分析，其时程曲线如图2所示。我们从图2中可以清晰的看出：对于工况一(加第1道撑)，第一层土开挖后24h后，地下连续墙体的变形0.85mm，开挖48h后（加撑后24h），地下连续墙体的变形增加到2.42mm；开挖64h后，墙体的变形基本上达到稳定状态，且最大变形量为3.12mm。对于工况二（加第2道撑），第二层土层开挖24h后，地下连续墙的变形量为3.31mm，开挖48h后，地下连续墙体的变形量增加到5.46mm；开挖68h后，地下连续墙体的变形量基本上到达稳定状态，且最大变形量为6.75mm。对于工况三，第三层土层开挖24h后，地下连续墙体的变形为9.03mm，在开挖48h后，地下连续墙体的变形增加到9.57mm，开挖72h后，地下连续墙体的变形基本上到达稳定状态，且最大变形量为10.25mm。对于工况四，第四层土层开挖24h后，地下连续墙体的变形为13.28mm，在开挖48h后，地下连续墙体的变形增加到14.24mm，开挖76h后，地下连续墙体的变形基本上达到稳定状态，且最大变形量为15.23mm。对于工况五，第五层土层开挖24h后，地下连续墙体的变形为17.82mm，在开挖48h后，地下连续墙体的变形增加到18.58mm，在开挖84h后，地下连续墙体的变形基本上达到稳定状态，最大变形量为19.67mm。
图2加支撑墙体变形实测曲线本基坑土体开挖后，地下连续墙体的变形增长幅度大，特别是当水平应力比较高时，变形增幅表现的更为明显，比如工况四和工况五地下了连续墙体的变化。当内支撑施加后，地下连续墙体的变形曲线斜率立即减小，直到变形达到稳定状态，接近平行于时间轴。参照《建筑深基坑工程施工安全技术规范》JGJ311-2013中的安全控制指标，深基坑围护结构墙体的最大水平位移必须控制在0.14％H以下，以上各个工况下地下连续墙体的最大变形量均在该控制值以内，这表明在本工程深基坑施工过程中，采取分段开挖分段及时施加内支撑，能够保证深基坑施工的安全性。
4围护结构优化设计本工程的底板坐落于淤泥粉质粘土层，且基坑标准段呈长条形。结合工程地质条件、周围环境和地下管线情况，以上基坑围护结构方案是比较合适的。为了提高工程的经济性，本工程对支护体系进行了以下优化：首先设置首道钢筋混凝土支撑，截面尺寸为700mm×900mm，呈米字型布置，支撑在1.1mx1.2m的钢筋混凝土冠梁上；第二、第三道为采用直径为600mm、厚度t=16mm的钢管支撑。
地下连续墙嵌固深度控制在22m，混凝土支撑的间距控制在9m，本基坑基底加固深度变化的计算结果如表3。从表3我们可以看出：在软土地基条件下，提高深基底土体的加固深度，基坑的整体抗滑动稳定性得到很大的提高，同时也提高了基坑的抗倾覆稳定性和抗隆起性，但围护结构的变形变化不大，对其变形的控制没有明显的影响。
综上所示，本工程的深基坑工程，围护结构体系采用钢筋混凝土连续墙，并配合一道钢筋混凝土支撑和两道钢支撑能够确保基坑开挖过程中基坑的安全性和经济性，且能够满足基坑的变形要求。
5结论在软土地区基坑施工的过程中，内支撑的施加，大大的降低了地下连续墙体的变形曲线斜率，并能够使其达到稳定状态，确保深基坑的安全处于可控状态。
根据基坑的结构形式，设计基坑围护结构体系，运用合理的设计软件对基坑的变形进行计算分析；并对围护结构体系进行了优化，之后分析了优化后的基底加固深度、地下连续墙嵌固深度和支撑间距条件对深基坑的整体抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性和抗隆起稳定性、围护结构变形的影响，进而得到既安全有经济的围护结构设计方案。
Reference：[1]赵立杰.韩旭软土地区深基坑工程变形实例分析[J].建筑工程技术与设计.2015(15)[2]谢秀栋.王燕.深基坑超挖施工围护结构变形分析[J].岩土工程技术.2011(6)[3]龙喜安.深厚软土地基条件下基坑围护结构设计优化方案[J].路基工程.2015(2)[4]纪懿明软土地区深基坑变形控制技术应用[J].科技与企业.2015(23)

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