双凯伟：浅谈软弱地层条件下基坑围护结构设计 |
| 2013-08-26 11:26 作者：双凯伟 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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目前，我国地下工程发展迅速，在东南沿海地区已建成多个大型地下建筑。与此同时，在软弱地层中基坑围护结构设计问题还缺乏相关系统的研究，结合实际工程，从围护结构选型、结构的刚度和受力性能，施工技术方面出发，研究在软弱地层中的基坑围护结构设计问题，认为地下连续墙是一种较好的围护结构形式。
随着我国经济社会的快速发展，城市中的建设用地日趋紧张，建筑向地下发展已成为一种发展趋势，尤其是在我国东南沿海地区，已建成多个大型的地下结构工程。地下工程的建设离不开基坑工程的发展，我国沿海地区多属于冲、淤积区，地质条件较差，地下施工风险较大，在这种条件下，对基坑围护结构提出了更高的要求。本文将从基坑围护结构选型、围护结构参数的设置角度分析研究在软弱地层条件下基坑工程的设计问题。
1围护结构的选型
目前，基坑工程常用的围护结构形式主要有：放坡开挖、土钉墙、钻孔灌注桩法+止水帷幕、SMW工法及地下连续墙等，放坡开挖施工方便，施工速度快，工程造价低，但开挖深度小，地面变形较大，需要较大的施工场地。目前城市中施工场地较为狭小，周围多建有高层建筑及重要的地下管线，因此放坡开挖不适用于城市；土钉墙是目前发展较快的一种围护结构，其造价底，抗震性能好，在开挖深度小于10米，周围环境较为空旷时常常作为一种经济技术优越的围护结构广泛采用，但在软弱地层地区施工时较难成孔，施工难度较大，在软弱地层条件下较少采用；SMW工法桩技术比较成熟，施工质量易保证；桩间止水效果好，成桩时间短，施工进度快，但在软弱地层中成桩质量难于保证，地面变形难于控制，不适用于软弱地层。钻孔灌注桩及地下连续墙自身刚度大，控制变形能力强，对环境影响小，适用于各种地层及周边环境复杂工程，在软弱地层中是一种较好的围护结构形式。
2围护结构参数确定
在深大基坑工程中，常采用围护桩（墙）+内支撑的形式，本文结合福州某地铁车站基坑的设计分析在软弱地层中的围护结构的设计。
工程建设场地内分布有：1）素填土，土层厚度为1.7m，为新近堆填，堆填时间不超过3个月为松散和湿润状态；2）中砂，土层厚度为8.4m，为松散～中密装填，级配较差，部分夹薄层淤泥；3）淤泥，土层厚度为21.7m，呈饱和流塑状态，含腐烂植物，有腥臭味，摇振反应慢，强度及韧性极差；4）强风化花岗岩，呈稍湿状态，硬度较硬；5）中风化花岗岩，土层厚度为3.1m，呈稍湿状态，硬度较硬，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级属Ⅲ类。各层土物理力学性能见表1。
表1各层土物理力学性能
岩层名称 土体侧向基床比例系数 天然重度 凝聚力 内摩擦角
KN/m4 KN/m3 Kpa 。
素填土 1000 17 3 10
中砂 5000 19.6 0 28
淤泥 1600 17.4 14 11
强风化岩 16000 16000 50 24
中风化岩 50000 50000 300 36
该场地分布有较厚的淤泥层，为软弱地层，围护结构选用：1）φ1200@1400钻孔灌注桩；2）800厚地下连续墙；3）1000厚地下连续墙。基坑开挖深度为16.01米，围护结构入土深度为23米，采用三道内支撑，第一到为800mm×1000mm混凝土支撑，第二、三道为φ800，t=16钢支撑。支撑布置及土层剖面如图1所示：
图1支撑布置及土层剖面图
经过计算，各围护结构位移及内力图如图2~4所示：
图2φ1200@1400钻孔灌注桩位移、弯矩及剪力图
图3800mm厚地下连续墙位移、弯矩及剪力图
图41000mm厚地下连续墙位移、弯矩及剪力图
经过分析可知：
1）从位移角度上看，800mm厚地下连续墙产生的水平位移最大，为48.51mm，而1000mm厚地下连续墙与φ1200@1400钻孔灌注桩位移相近，为41mm，说明1000mm厚地下连续墙与φ1200@1400钻孔灌注桩的刚度较大，可以更好的控制地面变形，而800厚地下连续墙刚度较小，在软弱地层中会产生较大的变形，通常情况下不能满足工程的变形要求，适用性较差。
2）从内力角度上分析，φ1200@1400钻孔灌注桩承受的最大弯矩为2746.59KN.m，最大剪力为1371.38KN；而1000mm厚地下连续墙承受的最大弯矩为2071.17KN.m，最大剪力为949.86KN，内力值小于钻孔灌注桩所承受的内力，说明两者在刚度相近的情况下，1000mm地下连续墙受力性能更好，可以减少配筋量。
在软弱土层中，为控制地面变形及围护结构自身的稳定性，一般围护结构长度较大，成槽或成孔较深，且需要穿越软弱地层，易造成塌孔，在施工时要保证围护结构的垂直度难度较大，对施工机械有较高的要求。在湿作业情况下，钻孔灌注桩成孔一般采用的是冲击成孔、潜水电钻成孔、工程地质回转钻机成孔和旋挖钻机成孔等[1]，在成孔深度较大，软弱地层条件下由于机械自身纠错能力不强，桩体垂直度难于保证。且钻孔灌注桩自身不具备防水能力，需要在排桩外布置三轴搅拌桩作为止水帷幕，在深度较大的情况下桩体之间的咬合度较差，易于造成基坑渗水；地下连续墙一般采用成槽机成槽，施工机械本身具有自动纠错功能，墙体的垂直度能够保证，且墙体之间的接头可以采用工字钢或十字钢板，防水性能较好。因此，在深大基坑及在软弱地层中，地下连续墙相较于钻孔灌注桩具有更好的适用性。
3结论
通过以上分析，可以发现在目前常用的基坑围护结构形式中，钻孔灌注桩和地下连续墙可以用于软弱地层的设计和施工，但与钻孔灌注桩相比，地下连续墙具有更好的防水性能，且墙体的垂直度能够得到保证，而1000mm厚地下连续墙的刚度与φ1200@1400钻孔灌注桩的刚度相当，但受力性能更优。因此，在软弱地层中，地下连续墙具有更高的适用性。
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