软土基坑设计若干关键问题探讨及基坑设计实例应用分析

■康耀

（河南建材地质工程勘察院 河南信阳 464000）

软土基坑设计若干关键问题探讨及基坑设计实例应用分析

■康耀

（河南建材地质工程勘察院 河南信阳 464000）

软土含水量大，压缩性高，承载力低等特性，对基坑工程设计和施工提出了很高要求，所以阮籍基坑在复杂环境中设计为岩土就是一个新工程研究项目。同时软土基坑也存在很多特殊性，本文就这一问题进行四个方面陈述，第一，采用增量法分析支护结构和受力变形过程；第二就是锚杆和锚索等预应力作用；第三，当放坡开挖存在软弱下挖层地基时要验算地基稳定性和承载性；第四，要真多双排桩支护受力和变形研究，提出双排桩简化计算方法，一般来说这些关键因素没有考虑到位就会给基坑带来很多安全隐患。[关键词]软土基坑设计关键问题探讨实例应用分析

对于软土基坑特殊性质，要解决四个关键性问题，考虑基坑施工过程中增量法计算方式，预应力锚杆计算模式，软土地区基坑验算整体稳定性和承载能力；双排钢板桩堰结构支护结构简化计算，解决好这些问题就能很好地对软土基坑实际施工进行完整处理。

1 软土基坑设计有那些必要解决问题

施工过程中增量法，现在对于规范规定基坑工程支护结构都是采用增量法进行计算，该方法把每一个施工过程中所有增加的荷载作为外荷载，作用于每一个施工过程中，每一个工程支护结构，都是由弹簧均发生变化，所以计算体系是不同的，增量荷载一般包括两个部分，土压力增量和本次开挖的弹簧反力，每一个施工过程支护结构受力和变形是前一步增量计算叠加。有一种连续梁法就是用增量法计算多撑和多錨式支护结构得出结果，但是增量法和连续梁法有很大区别，如果不考虑施工过程中计算弯矩大小，就会导致设计不安全，这些都会受施工过程影响。一般规范规定的采用圆弧滑动方法对这些边坡问题进行稳定性分析是非常不合理的，因为极限平衡圆弧滑动法得出的滑动面和实际滑动面都会存在非常大差异性，遇到软夹层问题时，不仅应该计算出整体稳定性，同时还应该通过分析软土地基稳定性来确定工程是不是很安全。

所以说基坑的稳定性都是由软弱地基稳定性来决定的，如果出现失去平衡时候，将会带动整个破题失去稳定，另外一个就是含软夹层的边坡问题，就有可能会发生千层滑动，活着发生复合滑动面。但是常规圆弧法计算滑动面和安全系数问题时会出现很多差异性问题，所以目前很多规范没有提及到这类边坡问题，所以需要去研究一些很简单和实用性地基稳定性计算方法来进行计算。

另外一个就是双排桩常见模型和简化计算方法，就是主要针对双排桩支护结构的土压力分布情况，对于土体滑裂面的影响，连梁协调作用和桩土相互作用等很多方面问题，现在的主要计算方法有地基梁法，比例系数法，等效坑弯方法，很多都是模型计算方法，工程师应用都比较难，而有限元法成为应用较为广泛分析方法，该方法具有便于参数分析和计算，非常容易实现，没有人为土压力分配，可以考虑空间效应问题，具有非常强的适用性。现有的有限元法计算双排桩基本都是单独采用荷载结构和实体单元法来建模的，这两个方法都存在很多不足之处。计算模型是采用荷载结构方法和实体单元法结合建立模型，按照荷载结构法施加荷载时，对应单元上不施加重力速度，相反按照单元考虑时，单元就会按照实际参数施加重力作用。所以在建模的时候，双排钢板各个部分外部受力按照主动土压力计算，可以直接施加到架构上面，内部回填材料可以引起土压力附加到水平压力计算，其他部分就会按照实体模型建模。

2 基坑设计工程实例分析

工程概况分析，西江引水工程泵站基坑位于广东西江侧面，基坑距离大提是40多米，基坑平面图所示：

有图可以看出，根据钻探揭露，场地内分布主要都是地层岩性第四系人工堆积层，淤泥层和石灰系，还有强风化泥质粉砂岩和弱风化灰质灰岩。

由此可以看出支护方案设计主要有几个特点和难点：

基坑西侧是距西江大堤四十米，为一级堤防，所以必须严格控制基坑开挖对其影响，不能影响正常使用，基坑开挖深度变化非常大时候，开挖深度也不相同，如果用同一种支护，经济性就会比较差，底层也不均，同时也存在深厚软弱层，淤泥和泥质最厚时候可以达到18米，支护桩的嵌固深度和基坑地坑隆起都是难点问题，基坑施工期间是不能对西江大堤和周围环境产生非常大影响，而且工期也相对比较紧张。

另外一个问题就是对于工程的主要设计方案，对于周边地质情况进行分析，经过方案比较和考虑施工便利，可以看出1到6区支护方式为灌注桩和混凝土内撑和放坡，7到10区为支护方式是放坡开挖。对于不同方案计算原理和计算软件选择都是不同的，预应力锚索计算采用杨光华深基坑计算程序，这种程序采用的是增量法计算原理，同时考虑锚索和支护结构之间会有相互作用关系，能够模拟基坑咔哇的施工过程，所以该程序考虑的主动侧弹簧作用，计算结构和实测结果有非常好的一致性。在存在软弱下卧层的基坑边坡时候，可以利用地基承受力和局部强度折减方法进行稳定性分析和研究，也就是把地基上的边坡等效压力荷载作用放到地基上。

3 工程基坑支护设计

如图所示可以看出，基坑支护分区情况分析，一般来说支护结构应该根据基坑开挖深度，涂层条件，基坑周边环境进行分析和计

算，工程场地土层条件基本上都是比较平均的，基坑开挖深度分别计算到板地，对承台尺寸较大而且分布较为密集地方。从支护结构上设计上分析，挡土体系分区，坑内高低差，支撑体系和支撑竖向布置等很多方面内容。

对于基坑监测设计方面来说，由于地下工程有许多不可坑距和难以预测问题会出现，比如说使围护架构失稳，甚至造成基坑坍塌情况，这样就可以通过检测及时解决这种问题，对施工进行控制和指导施工进程。所以对于基坑围护检测是非常必不可少的，本工程布置主要有很多检测项目，比如土体深层位移监测，水位观测和支撑立柱桩沉降观测和对于周边环境沉降观测等很多项目。

对于基坑水利系统工程设计来说，本工程场地在基坑开挖深度和坑底相当深度范围内均不透水层，所以不需要进行专门降水设计处理，所以要进行简单排水处理，就是在基坑周边部分设置地面排水沟，排水沟每隔40米设一个集水井，所有场地内地面雨水施工都要经过排水沟，施工过程中在基坑内可以设置临时排水沟，临时排水沟可以在离开围护桩边至少4米。对于基坑支护施工效果分析，位移检测值偏大，超出了设计控制位移值太多，根据位移检测曲线，和设计情况基本相符，桩间流土，土体蠕动变形和施工实践较长是可以造成位移值偏大的。另外施工结束后，基坑周边地面沉降会在24和54之间，广场主体和附近绿化带交界处会出现较大竖向裂缝问题，所以说广场主体结构为桩基础，绿化带为回填斜坡，填土高度大概为3米，从主体结构坡向地面道路分析，根据沉降观测可以发现，广场主体结构沉降大概有2到3米，最大沉降发生在绿化带上有54米，分析主要原因估计是因为桩间土体流失，土体蠕变和回填自身固结引起的。

4 结论

本文从两个实体例子探讨了软土基坑设计中的几个关键性问题，基坑支护增量计算方法，预应力作用下主动侧弹簧作用进而双排桩简化计算方法，都是计算内容主要都是针对软土基坑的特殊性提出的，但是应该推广到其他基坑工程。目前增量法已被广泛接受，但是也有很多问题在工程中需要及时发现和解决。总体上说基坑设计要采用合理计算方法，同事要不断优化，这样基坑工程才能很好完成，同时取得很好经济效益和社会效益。

[1]张玉成,杨光华,钟志辉,姜燕,乔有梁,方大勇,胡海英,刘鹏.软土基坑设计若干关键问题探讨及基坑设计实例应用分析 [J].岩石力学与工程学报,2012,11:2334-2343.

[2]张玉成,杨光华,胡海英,陈富强,黄致兴,陈伟超.珠三角深厚软土地区浅基坑支护若干问题探讨 [J].岩土工程学报,2014,S1:1-11.

[3]卢新帆.基坑工程设计与施工阶段若干问题探讨 [D].浙江大学,2007.

式中：L：排水管的间距,4m

K:渗透系数，0.04m/d

H:管顶最高水位到管中心的距离，4m

he:渗透层等效厚度，当h/L＞0.3时，

r:排水管的半径，0.025m

计算结果：Q=0.192m3/d

R:地面入渗强度，R=Kt/24+μHi=0.04099m/d

μ:给水度，0.03

Hi:坝体上升速度0.033m/d

Q＞LR=4×R=0.16396,说明排水强度足够，渗多少，可以排多少。

非恒定流：赖民基等的公式：

式中：φ：浸润线形状系数取0.7～0.9

β：浸润线与水平线的夹角，计算中β=0.25 μ：含水层给水度，参照亚粘土层取0.03 h1：要求排水的水面高度，按4m计h2：设计要求的水面高度，取为0.5m t1：降落时间

d：排水管直径，取5 0mm

k：渗透系数

计算结果当渗透系数k=0.04m/d时，排水时间约在一周之内，所以排水效果还是比较理想的。

四方金矿新建王家院尾矿库，采用了荒草沟尾矿库的排渗经验，除了采用三维立体排水以外，在库底铺设水平排渗管网，经稳定计算确定，排渗管长210m，经运行期间定期观测，初期坝浸润线深度均在坝基以下，坝体稳定性良好。

3 结束语

堆积坝内采用三维排渗，坝基设排渗褥垫，可以明显降低坝体浸润线高度，提高细粒尾砂筑坝的稳定性。

细粒尾砂筑坝采用三维排渗，坝基形成排渗褥垫的排渗方式，施工难度不大，工程造价较低，与一次性筑坝相比较，工程投资可节省50%以上。综上所述，该排渗措施来降低坝体浸润线，解决细粒尾矿筑坝在技术上是可行的，在经济上是合理的，在安全上是有保证的。

P624[文献码]B

1000-405X（2015）-10-373-2

康耀（1982～），男，本科，工程师，研究方向为岩土工程勘察、设计、地质灾害等。