軟土地區(qū)深基坑設(shè)計(jì)與變形分析技術(shù)探究

蔣春霞

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，建筑工程學(xué)院 213164）

軟土地區(qū)深基坑設(shè)計(jì)與變形分析技術(shù)探究

蔣春霞

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，建筑工程學(xué)院 213164）

本文將針對具體的工程實(shí)例，對在軟土地區(qū)進(jìn)行深基坑設(shè)計(jì)進(jìn)行比較詳細(xì)的方案介紹，并且針對在土方開挖和支撐的過程當(dāng)中可能出現(xiàn)的深基坑變形的特征進(jìn)行系統(tǒng)的分析，能夠?yàn)槿蘸箢愃频墓こ探ㄖ┕て鸬揭欢ǖ膮⒖甲饔谩?/p>

軟土地區(qū) 深基坑設(shè)計(jì) 變形 技術(shù)性研究

在建筑學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)當(dāng)中，軟土地質(zhì)指的是相對來說抗剪強(qiáng)度比較低，卻擁有大壓縮性的軟質(zhì)脆弱土層，其主要的成分是飽和軟粘土，通常，在天然的地層剖面當(dāng)中它很容易和泥炭以及粉砂形成交錯(cuò)沉積。軟土含有比較高的水分，強(qiáng)度也比較低，基坑變形的發(fā)展速度極快，而且變形量也很大，后期穩(wěn)定需要花費(fèi)較長的時(shí)間等。針對深基坑工程設(shè)計(jì)以及變形的分析也是在軟土基礎(chǔ)上進(jìn)行深基坑建設(shè)的關(guān)鍵性技術(shù)內(nèi)容，本文將就此展開探究。

一、建筑工程簡述

本文以天津于家堡的金融服務(wù)區(qū)其中一部分作為討論案例，其主體構(gòu)造為8層地上工程，其一期基坑的平面占地尺寸大約是400米x250米，占地面積大約是平方米。該施工地區(qū)在進(jìn)行施工之前前身是一座大面積的池塘，之后經(jīng)過人工填土進(jìn)行了整平，其土質(zhì)呈現(xiàn)軟弱狀態(tài)，土層當(dāng)中含水量極高，其類型是非常典型性的軟土。在場地內(nèi)，開挖土層基本上都是淤泥質(zhì)地，相較來說透水性比較差，由此，可能會(huì)在開挖過程當(dāng)中出現(xiàn)比較明顯的變形。

二、設(shè)計(jì)深基坑建筑方案

（一）布置結(jié)構(gòu)

在充分地考慮了安全性、經(jīng)濟(jì)型以及是否會(huì)對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響、施工條件是否便利等四個(gè)因素，在本工程進(jìn)行深基坑設(shè)計(jì)的時(shí)候使用鉆孔灌注樁，加上兩道內(nèi)部支撐來形成一個(gè)完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中鉆孔灌注樁長度26.5米，樁直徑1.1米，兩柱之間的間距為1.3米，在外側(cè)進(jìn)行深層雙軸攪拌樁的止水帷幕設(shè)置操作，保證其直徑為0.7米，其間距為1米，深度是16米。在支護(hù)樁內(nèi)進(jìn)行支撐操作的時(shí)候使用混凝土桁架來進(jìn)行支撐或者是使用鋼管來進(jìn)行支撐這樣的兩種形式，上下兩道支撐的頂面標(biāo)高設(shè)置成-2米以及-6.5米，其中第一道支撐需要在深基坑的四個(gè)角落的位置上，使用混凝土桁架，其主撐橫截面是700毫米x700毫米，聯(lián)系梁橫截面是700毫米x500毫米，圍檁橫截面是600毫米x800毫米；除此之外，在第一道中部以及第二道支撐之間使用雙鋼管來進(jìn)行支撐，其橫截面是609毫米x16毫米，在圍護(hù)樁的樁頂設(shè)置圈梁，橫截面是1100毫米x800毫米，對混凝土進(jìn)行支撐以及圍檁強(qiáng)度是C30。除此之外，對基坑進(jìn)行支護(hù)的結(jié)構(gòu)布置圖如下圖（圖1）所示。

圖1 基坑支護(hù)的機(jī)構(gòu)布置示意圖

（二）具體的深基坑施工工藝

對深基坑進(jìn)行開挖以及支撐需要完全依照分層→分步→對稱→平衡的施工原則來進(jìn)行，借助對分層開挖的具體層數(shù)的控制以及每層進(jìn)行開挖的實(shí)際深度的控制，還有在每層開挖過程當(dāng)中暴露的時(shí)間以及暴露寬度、高度等數(shù)值，將還沒有開挖的土體起到的支撐作用進(jìn)行充分地利用，讓支護(hù)機(jī)構(gòu)以及土體變形的程度能夠控制在容許的范圍內(nèi)。

在這一過程當(dāng)中，確定施工工程的深基坑具體施工流程，如下：在場地內(nèi)進(jìn)行平整放線；進(jìn)行降水井點(diǎn)的設(shè)置，深基坑進(jìn)行預(yù)降水操作；在開槽施工之后，首先進(jìn)行第一道支撐以及鋼筋混凝土制頂圈梁的建設(shè)；進(jìn)行土方開挖，直到進(jìn)行到第二道支撐的底部；進(jìn)行第二道支撐以及圍檁的施工操作；分層開挖土方，一直到挖至基礎(chǔ)大底板的底面，使用混凝土進(jìn)行墊層澆筑，與此同時(shí)開始局部的深坑開挖施工；待開挖完全結(jié)束，對基礎(chǔ)底板鋼筋和鋼管混凝土制工程柱進(jìn)行布置，對基礎(chǔ)大底板進(jìn)行澆筑；對基礎(chǔ)大底板進(jìn)行換撐結(jié)構(gòu)的布置，同時(shí)將第二道支撐徹底拆除；對地底2層建筑結(jié)構(gòu)展開施工操作；對第一道支撐的位置進(jìn)行換撐結(jié)構(gòu)的布置，同時(shí)將第一道支撐徹底拆除；對地下一層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工操作，直到±0樓的樓板施工完畢；展開基坑回填的施工操作。

綜上，在整個(gè)深基坑的開挖過程中，需要嚴(yán)格遵守“先支撐后開挖，保證開挖分層，防止超挖”的施工原則，盡可能降低在深基坑當(dāng)中的支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周邊地質(zhì)變形的影響。在開挖工作徹底完成之后的四十八個(gè)小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行混凝土支撐的澆筑，并且保證盡快結(jié)束澆筑；同時(shí)，在開挖完全完成之后的二十四個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成鋼支撐的架設(shè)。

三、在深基坑開挖施工中出現(xiàn)變形的情況分析

通常，深基坑的施工操作所造成的變形情況主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，或者是坑底的土體明顯隆起、基坑周圍的地層出現(xiàn)移動(dòng)的情況這樣的三個(gè)方面。在深基坑開挖的過程指的是在開挖面上進(jìn)行卸載的過程，它不但會(huì)造成深基坑的坑底土體出現(xiàn)一種向上為主要牽引的位置移動(dòng)，同時(shí)還會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于兩側(cè)的土體壓力差而形成的水平方向形狀變化，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)變形可能會(huì)導(dǎo)致深基坑坑底的土體出現(xiàn)塑性隆起的情況，而這兩者形成的共同作用也是造成周圍的地層明顯移動(dòng)的主要誘因。

與該工程的實(shí)際情況以及具體的施工過程相結(jié)合，綜合考慮其中的14個(gè)施工狀況，分析結(jié)果具體如下。

施工地形成自重應(yīng)力場；形成圍護(hù)樁，初始平衡；角撐部位的土體達(dá)到-3米；混凝土角撐、冠梁以及圍檁形成；對撐部位的土體達(dá)到-3米；鋼支撐形成，預(yù)應(yīng)力施加；開始全面開挖，深度-5米；開挖后角撐部位的土體深度達(dá)到-7米；對撐部位的土體達(dá)到-7米；第二道鋼制支撐形成，預(yù)應(yīng)力施加；角撐部位的土體達(dá)到-9米；對撐部位的土體達(dá)到-9米；角撐部位的土體達(dá)到-11.2米；對撐部位的土體達(dá)到-11.2米。

總的來說，開挖基坑以及支撐的過程當(dāng)中，計(jì)算樁體位移的結(jié)果說明：

首先，對于樁體的變形以及位移特征，在懸臂初次開挖的時(shí)候，其最大的位移處是樁頂?shù)奈恢?，約為57毫米，在施加了第一道鋼支撐并施加了預(yù)應(yīng)力之后，其樁頂受到明顯擠壓，位移最大值降低到49毫米；之后伴隨著開挖操作的不斷深入，樁頂受到了支撐約束，其位移的變化非常微小，同時(shí)最大位移的部位開始呈現(xiàn)向下移動(dòng)的情況，開挖到最底部的時(shí)候，其最大的位移值是91毫米，位置在-15米左右的位置。

其次，對于超挖與樁體位移之間的關(guān)系，綜合兩種在施工過程當(dāng)中可能會(huì)遇到的情況來進(jìn)行計(jì)算。其一，沒有任何支撐的情況下，直接開挖到-5米的位置；其二，按照正常的施工順序，施工到-7米，不進(jìn)行第二道支撐，超挖到-9米的位置。經(jīng)過計(jì)算，超挖很可能會(huì)導(dǎo)致樁體更加明顯的位移。懸臂開挖的時(shí)候，超挖可能會(huì)增加樁頂?shù)奈灰?，增加幅度大概?4%左右。設(shè)置了第一道支撐之后，因?yàn)槌趯?dǎo)致樁身的位移幅度超過30%。由此，在進(jìn)行深基坑的開挖當(dāng)中，必須要嚴(yán)格控制超挖的情況，必須先支撐后開挖。

結(jié)語：

總的來說，進(jìn)行深基坑建筑工程的土方開挖工作勢必會(huì)產(chǎn)生比較明顯的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，并且可能發(fā)生基坑周圍的土體變形，土方開挖所造成的變形不但和施工地的地質(zhì)條件、建筑支護(hù)情況、施工環(huán)境氣候條件、開挖的設(shè)計(jì)方案、預(yù)應(yīng)力以及施工的時(shí)長等因素有關(guān)系，而且同時(shí)還會(huì)受到降水以及坑外超載一類的因素作用。需要在施工的過程當(dāng)中進(jìn)行更加嚴(yán)格的控制和管理。

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TU7

B

1007-6344（2015）11-0144-01

蔣春霞，女，漢族，江蘇蘇州人，1980年2月，常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，講師，研究生學(xué)歷，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工