■ 中鐵十八局集團市政工程有限公司 胡朝明

1.工程概況

某深基坑項目開挖面積為61500m2，建筑面積為119200m2?；臃譃楸眳^(qū)和南區(qū)，北區(qū)開挖深度為18.00m，南區(qū)開挖深度為10.00m。工程項目場地北、東、南三面臨路，建筑紅線（支護邊線）大部分緊鄰道路外邊緣?；硬捎脴跺^支護結構，從組成部分來講，主要由擋土構筑物即護坡樁、樁頂冠梁、鋼腰梁及錨桿四部分組成[1]，如圖1所示。

圖1 基坑樁錨支護結構現場圖

結合現場勘察資料與取樣實驗可知，場地第四系覆蓋層厚度大于50m，填土層2m～3m，土質不夠飽和，密實性較差，在基坑開挖后，由于人工填土的抗剪強度較低且不均勻，透水性強，很容易在地下形成陷穴，導致基坑破壁失穩(wěn)，發(fā)生坍塌事故。因此，在施工過程中要確保支護強度，降低對周圍環(huán)境的影響?？睖y地區(qū)各層土的物理力學性質指標如表1所示。

表1 各層土體物理力學參數指標

2.基坑開挖數值分析

2.1 模型的建立

在基坑工程中，支護結構是其中一個最基本的施工流程[2][3]。基坑工程施工周期較短，施工技術先進，但安全性能卻較差，投入成本也較高，因此，對基坑支護工程方案進行模擬分析與優(yōu)化設計十分重要。根據該項目的工程情況，建立三維模型。為優(yōu)化模型、提高效率，作出如下假定：工程場地內土層分布均勻；地下水位較深，位于開挖面以下，故模擬過程不考慮地下水的影響。依據基坑工程設計資料，考慮建模的合理性，最終模型尺寸為：600m×400m×40m，基坑開挖尺寸為160m×120 m ×18m，模型如圖2所示，土層物理力學性質見表1。

圖2 數值計算模型

2.2 初始、邊界條件

模擬過程中模型側面的水平限定位移，底面垂直限定位移，頂面無約束；考慮到模型過大，周圍集中荷載較小，初始應力主要考慮土層自重引起的壓力。

2.3 計算結果分析

（1）樁身位移分析

如圖3所示，開挖初期由于沒有錨桿的支撐作用，支護結構近似于懸臂樁，呈現出頂部位移較大、沿樁身逐漸減小的特征；在第二、三、四步開挖階段，側向土壓力不斷釋放，樁身位移量不斷增大，但由于樁錨結構形成的聯合作用，樁身位移得到有效控制，最大位移出現在基坑中部，距離樁頂高度為7m～9m的位置。

圖3 分步開挖樁身水平位移變化趨勢圖

（2）錨桿軸力分析

錨桿在不同的開挖階段呈現出相似的規(guī)律，即錨桿沿長度方向軸力的分布明顯在兩個區(qū)域出現不同的特征，其中在自由段長度內，沒有受到側向摩擦力的作用，錨桿軸力保持不變；進入錨固段后，由于存在周圍土體的摩擦作用，錨固力開始逐漸減小，如圖4所示。

圖4 第一排錨桿不同開挖階段軸力圖

3.現場監(jiān)測分析

3.1 監(jiān)測方案

基坑工程開挖面積較大，周邊環(huán)境復雜，存在多條管線，對基坑穩(wěn)定及變形量控制要求嚴格。施工期間對基坑影響范圍內進行實施監(jiān)測，最大限度地規(guī)避風險，降低工程經濟和工期損失，為基坑周邊建構筑物提供安全保障服務[4]，基坑監(jiān)測點分布如圖5所示。

3.2 現場監(jiān)測分析

（1）樁身位移分析

如圖6所示，在樁錨支護的土體開挖過程中，樁身沿基坑內部的水平位移量顯著增加，當基坑整體開挖支護完成后，樁身水平位移量在逐漸減少，由此說明樁身水平位移在趨于穩(wěn)定狀態(tài)。位于樁身高度1/2處的樁身位移最大，最終監(jiān)測的水平位移量分別達到7.18mm。在曲線圖中大約位于樁身高度5m～9m高度處產生最大位移變形，該高度范圍正對應于開挖的樁錨支護第二層土體內，說明該區(qū)域的土體對樁身產生的擠壓力度較大。

上述曲線圖與設計計算結果、數值模擬結果相比較，變形特征相似，呈現魚腹式變形特征，即樁身最大位移發(fā)生在樁頂下部一定距離處。

（2）樁錨桿軸力分析

錨桿內力監(jiān)測點設置在受力較大且有代表性的位置，第二排錨桿的軸力隨時間的變化情況如圖7所示。

圖5 基坑監(jiān)測布置圖

圖6 基坑東側深層水平位移圖

圖7 錨桿軸力變化圖

錨桿的軸力變化通常會經歷三個階段，即先下降、后上升、最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。下降階段：由于存在錨桿產生變形、土體結構變化及錨具等方面的影響，會引起預應力的下降，該工程中監(jiān)測到錨桿軸力下降值在初始值的10%～20%左右；上升階段：基坑開挖的不斷進行，分擔到錨桿上的壓力會增大，使得錨桿發(fā)生一定的變形，進而引起錨桿軸力的增加；穩(wěn)定階段：這一階段錨桿軸力會有一些小的波動，從整個階段來看錨桿的軸力變化已不顯著，說明錨桿與土體之間的作用已基本穩(wěn)定。

4.結論

深基坑的穩(wěn)定性分析對象是較為復雜的問題，涉及支護結構的力學計算及圍巖變形破壞問題，在分析中需考慮土層的力學性質、水文情況、支護結構的受力與變形、基坑邊坡的水平位移和坑底隆起等因素[5]。本文通過研究某深基坑工程的實施，采用等值梁法，結合數值模擬與現場實測數據，得出以下結論：

（1）采用數值模擬分析，基坑開挖初始階段沒有錨桿的支撐作用，支護結構近似于懸臂樁，呈現出頂部位移較大、位移量沿樁身向下逐漸減小的特征；隨著開挖實施，側向土壓力不斷釋放，樁身位移量不斷增大，但由于樁錨結構形成的聯合作用，樁身位移得到有效控制，最大位移出現在基坑中部位置，這種豎向土層的“拱效應”在現場監(jiān)測數據也得到驗證。

（2）通過現場監(jiān)測，開挖初始階段，樁體位移與錨桿軸力發(fā)展顯著，錨桿逐漸起到錨固作用后，變形與軸力增加速度放緩，直至趨向穩(wěn)定。對比數值模擬結果與現場監(jiān)測結果表明樁錨支護的組合形式在該基坑工程中是穩(wěn)定的、可行的。