馮國鵬 徐澤楠 蔣玉龍

摘要：在強降雨條件下，軟土地區(qū)基坑的安全性面臨一系列挑戰(zhàn)。降雨會導致土壤飽和和孔隙水壓力增加，進而引發(fā)基坑邊坡失穩(wěn)、土體塌陷、支護結(jié)構(gòu)破壞等災變。以某基坑為例，借助有限元模擬軟件，分析強降雨對軟土地區(qū)基坑安全的影響。研究結(jié)果表明：降雨前后直樁和斜樁的樁體水平位移基本沒有發(fā)生變化，深度增加能降低雨水對基坑支護體系的影響。在實際軟土地區(qū)施工中，碰到雨季應優(yōu)先采用斜直交替支護的方式進行支護。對于局部深挖地區(qū)的變形在降雨前后應格外關注，并采取相應急救和布防措施。

關鍵詞：強降雨條件；軟土地區(qū)；基坑；安全性分析

0? ?引言

強降雨條件下軟土地區(qū)基坑安全性是現(xiàn)代建筑工程中的一個重要問題[1]。隨著城市建設的不斷擴張和人們對基礎設施的需求增加，越來越多的建筑工程需要在軟土地區(qū)進行[2-3]。然而，軟土地區(qū)在強降雨條件下存在著一系列的安全隱患，可能導致基坑的不穩(wěn)定和發(fā)生災害事故。軟土是一種力學性質(zhì)較差、含水量較高、排水能力較弱的土壤。在強降雨情況下，大量的雨水會滲透進軟土中，增加土體的飽和度，導致土體的穩(wěn)定性下降[4-6]。軟土地區(qū)基坑在雨水的侵蝕下，可能出現(xiàn)坡體滑動、土壤液化、基坑塌陷等問題，給施工和周邊環(huán)境帶來嚴重的安全風險。

軟土地區(qū)基坑安全性分析旨在評估基坑在強降雨條件下的穩(wěn)定性，并采取相應的安全措施，確保施工和使用階段的安全[7]。安全性分析的關鍵是確定軟土地區(qū)的地質(zhì)特征、雨水入滲情況、土體力學性質(zhì)等，進而建立合理的數(shù)學模型和計算方法，預測基坑的變形和穩(wěn)定性[8]。

本文以某基坑為例，借助有限元模擬軟件，分析強降雨對軟土地區(qū)基坑安全的影響，論述基坑的多因素對降雨的敏感性，并提出多種管控措施，為強降雨條件下軟土地區(qū)基坑安全性處理提供一定的參考依據(jù)。

1? ?工程概況

某基坑處于某地的軟土地區(qū)，共4層土質(zhì)，第一層為素填土，第二層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，第三層土為粉質(zhì)黏土，第四層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土層的各參數(shù)信息見表1。

基坑占地面積為8萬m2，周長為1952.3m，開挖深度機支護方式為：4.8m的采用斜直交替支護樁和拉森鋼板抗滑樁兩種處理方法；6.7m的采用斜直交替支護樁+放坡處理，支護樁的詳細信息見表2。

根據(jù)現(xiàn)場的資料可知，基坑因突發(fā)狀況施工到基地后在雨季停工。在這段時間大部分區(qū)域的變形屬于可控范圍之內(nèi)，但放坡區(qū)和反壓土區(qū)出現(xiàn)的局部垮塌和大變形，變形的最大值1135mm。

2? ?降雨對基坑災變的影響

強降雨對基坑不同區(qū)域的影響程度不同，基坑可劃分為主動區(qū)、被動區(qū)以及主動和被動的綜合影響區(qū)。主動區(qū)浸灌時，如果注入的液體過多或過快，會導致土體失去支撐力，發(fā)生坍塌現(xiàn)象。這可能導致基坑坍塌或周圍土體的沉陷，給工程施工和周邊環(huán)境帶來嚴重風險。被動區(qū)浸灌時，通過滲透水或液體來改善土壤，但如果注入的液體過多或滲流速度過快，可能會導致土壤顆粒的沖刷和侵蝕。這會削弱土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增加土壤的侵蝕風險，并可能引發(fā)土壤溢流和環(huán)境污染。另外，被動區(qū)浸灌可能導致注入的液體向周邊土體擴散，改變土壤的物理性質(zhì)和水分分布。如果注入液體的量過大或浸灌過程不均勻，可能引起周邊土體的不穩(wěn)定，導致土體沉降、失穩(wěn)或塌陷，對基坑周邊結(jié)構(gòu)造成影響。

2.1? ?降雨對基坑主動土壓力區(qū)的影響

大雨引起的強降水會增加土體的飽和度，導致土體的重力和內(nèi)摩擦力減小，從而使主動土的穩(wěn)定性下降。主動土可能會發(fā)生崩塌，導致基坑邊坡或挖掘面的土體大規(guī)模坍塌。基坑內(nèi)積水量增加，會加劇水土流失的風險。土壤的沖刷和侵蝕會導致基坑邊坡或挖掘面的土體失穩(wěn)，甚至引發(fā)基坑塌陷響。此外，降雨強度過大還會導致基坑內(nèi)部土體液化和基坑邊坡滑移。主動土壓力區(qū)如圖1所示。由圖1可以看出，A區(qū)產(chǎn)生滑動面，造成滑坡；B區(qū)發(fā)生樁間土流水，樁無法對C區(qū)支撐，造成止水帷幕的承受的壓力過大。水土流失過大會造成止水帷幕發(fā)生破壞，從而發(fā)生基坑事故。

2.2? ?降雨對基坑被動土壓力區(qū)的影響

大雨引起的降水會增加土壤的飽和度，導致土壤的重力和內(nèi)摩擦力減小。在被動土壓力區(qū)，如果土壤失去足夠的側(cè)向約束力，可能會發(fā)生滑坡。破壞區(qū)域劃分如圖2所示。土體軟化會造成E區(qū)踢腳線破壞?；觾?nèi)的水土發(fā)生嚴重流失，會使土體提供的被動土壓力過小，造成超挖現(xiàn)象，使支護結(jié)構(gòu)被破壞。

2.3? ?降雨對基坑支護體系的影響

一方面，大雨引起的強降水會增加基坑內(nèi)水位，增加支護結(jié)構(gòu)承受的水壓力。如果支護結(jié)構(gòu)的設計、施工或材料選擇不當，可能無法承受水壓力的增加，導致支護結(jié)構(gòu)的破壞，使基坑邊坡失穩(wěn)或坍塌。

另一方面，大雨引起的降水會使土體的滲透性增加，進而導致土體的飽和。如果支護結(jié)構(gòu)沒有良好的防水措施或滲透水的排除系統(tǒng)不暢通，土體飽和會增加支護結(jié)構(gòu)的背后土體壓力，導致土體變松、塌陷或滑移。

綜上所述，圖2b中F區(qū)會發(fā)生局部應力集中，造成圍護結(jié)構(gòu)被破壞，使G區(qū)支撐體系失穩(wěn)。

3? ?數(shù)值模擬分析及管控措施

3.1? ?有限元模型

采用數(shù)值模擬分析對3種不同支護方式進行建模。土體采用小應變土體硬化模型，為減小邊界效應，保證基坑離邊界的距離大于2倍的深度。模型尺寸為70m×23m×2.8m，樁體采用C80混凝土模擬，其彈性模量為3.8×104MPa，樁長為12m和15m，厚度為100mm，直徑為50mm。

采用梁單元模擬板，尺寸為1.2m×0.6m，彈性模量為3×104MPa。土體重度為7kN/m3，折減系數(shù)為0.75，強降雨后土體飽和度為100%。

3.2? ?降雨對軟土基坑支護結(jié)構(gòu)變形影響分析

3.2.1? ?降雨前后直樁和斜樁的樁體水平位移

開挖深度和支護形式對降雨前后樁身水平位移的影響如圖3所示。由圖3a和3b可知，降雨前后直樁和斜樁的樁體水平位移基本沒有發(fā)生變化。

分析其原因如下：第一，斜樁和直樁在施工時會通過樁身連接在一起，形成一個整體的支護系統(tǒng)。由于斜樁和直樁之間存在一定的樁身剛度和連接剛性，它們在受到水平荷載作用時會相互影響。這種相互作用使得斜樁和直樁的位移響應形態(tài)基本一致。第二，直交替支護樁的施工會對周圍土體施加一定約束力，當斜樁和直樁受到外界水平荷載時，土體會產(chǎn)生一定反力分布。這種分布對斜樁和直樁的位移產(chǎn)生影響。由于樁身布置合理，土體的反力分布在斜樁和直樁之間的變化相對較小，因此位移形態(tài)基本一致。

3.2.2? ?降雨前后樁體的水平位移

由圖3可知，4.8m的基坑在降雨前后樁體的水平最大位移由8mm增大到11mm，增幅為37.8%。6.7m的基坑在降雨前后樁體的水平最大位移由33mm到45mm，增幅為33.8%。由此說明，深度增加能降低雨水對基坑支護體系的影響。拉森鋼板樁在降雨前后的最大水平增幅為87.6%，遠大于斜直交替支護樁，因此在實際軟土地區(qū)施工中，碰到雨季應優(yōu)先采用斜直交替支護的方式進行支護。

將圖3a和3b進行對比可知，兩者在降雨前后的最大水平位移增幅均在32%左右，兩者并無明顯差異。為此對于局部深挖地區(qū)的變形，在降雨前后均應格外關注，并采取好相應急救和布防措施。模擬結(jié)果表明，被動區(qū)受強降雨的影響會造成超挖現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而誘發(fā)基坑事故的產(chǎn)生。由圖3a、3b和3c可知，隨著深度的增加，樁體的水平位移呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在基坑開挖深度處達到最大，降雨后的鋼板樁與降雨前的樁體水平位移相比差異顯著。為此應重視強降雨對基坑的影響，并采取相應的措施進行防范做好降雨前后的準備、防范和排查工作，以防止局部發(fā)生破壞。

3.3? 降雨管控措施

在降雨前設置擋水臺，以防止雨水倒灌基坑。在基坑外表面采用混凝土掛網(wǎng)噴漿護坡，并設置抗滑樁，以防止強降雨期間造成滑坡。

在存在雨水侵灌基坑的風險時，可以采用可拆卸擋水臺，及時抽調(diào)擋板，使雨水有序流入基坑。相比無序流入，其可以很大程度降低大雨帶來的損失。在降雨結(jié)束后，若蓄水高度超過2m，應對基坑的各個點位進行風險排查，以防止局部遭受破壞。

4? ?結(jié)束語

本文以某基坑為例，借助有限元模擬軟件，闡述強降雨對軟土地區(qū)基坑安全的影響，分析基坑的多因素對降雨的敏感性，并提出多種管控措施，為強降雨條件下軟土地區(qū)基坑安全性處理提供一定的參考依據(jù)，具體結(jié)論如下：由于斜樁的剛架效應的存在，導致降雨前后直樁和斜樁的樁體水平位移基本沒有發(fā)生變化。深度增加能降低雨水對基坑支護體系的影響，拉森鋼板樁在降雨前后的最大水平增幅為87.6%，遠大于斜直交替支護樁。因此在實際軟土地區(qū)施工中，碰到雨季應優(yōu)先采用斜直交替支護的方式進行支護。對于局部深挖地區(qū)的變形在降雨前后均應格外關注，并采取好相應的急救和布防措施。模擬結(jié)果表明，被動區(qū)受強降雨的影響，會產(chǎn)生超挖現(xiàn)象，從而誘發(fā)基坑事故。

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