圓礫-泥巖組合地層坑中坑開(kāi)挖對(duì)雙排樁的影響

歐孝奪，黃中正，江 杰 ，羅方正，梁亞華

(1. 廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，南寧 530004； 2.工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004；3.廣西金屬尾礦安全防控工程技術(shù)研究中心，南寧 530004； 4.中國(guó)建筑第八工程局有限公司，南寧 530028)

1 研究背景

南寧盆地普遍分布著深厚的圓礫層和第三系泥巖層。圓礫層強(qiáng)度較高，但顆粒級(jí)配不佳，土體結(jié)構(gòu)疏密不均，自穩(wěn)性較差，易受施工擾動(dòng)影響，不利于開(kāi)挖類(lèi)工程的穩(wěn)定性[1]。而第三系泥巖的成分以泥質(zhì)粉砂巖為主，呈堅(jiān)硬狀，層狀構(gòu)造，屬軟巖或極軟巖。未經(jīng)擾動(dòng)的泥巖強(qiáng)度大，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)有良好的嵌固作用。但南寧地區(qū)氣候濕熱多雨，泥巖經(jīng)雨水浸泡或施工擾動(dòng)后，呈現(xiàn)明顯的軟化特點(diǎn)，土體力學(xué)強(qiáng)度明顯降低，最高可達(dá)75%，對(duì)水平受荷樁的嵌固穩(wěn)定性十分不利[2]。

黃鐘暉等[3]對(duì)該地區(qū)的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)基坑工程中對(duì)地連墻運(yùn)用較多，對(duì)雙排樁支護(hù)形式運(yùn)用較少。但隨著地下空間開(kāi)發(fā)產(chǎn)權(quán)等管理愈發(fā)嚴(yán)格，雙排樁也越來(lái)越廣泛運(yùn)用于南寧地區(qū)的基坑工程。雙排樁是由前后排樁以及連系梁組成的門(mén)架式結(jié)構(gòu)，具有較大側(cè)向剛度，支護(hù)性能良好。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)雙排樁已開(kāi)展了許多研究，取得了豐碩的成果。但關(guān)于雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在南寧土巖組合地層的研究還不多見(jiàn)，關(guān)于該地層中坑中坑開(kāi)挖對(duì)雙排樁支護(hù)效果影響的報(bào)道也較少。

對(duì)于坑中坑開(kāi)挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，學(xué)者們也做了許多研究。徐意智等[4]指出內(nèi)坑開(kāi)挖相當(dāng)于加大了開(kāi)挖深度，降低外坑支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度。學(xué)者們[5-8]總結(jié)了坑趾系數(shù)、外墻插入比、面積比、深度比等是坑中坑開(kāi)挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)影響較大的因素。孫玉永等[9]利用強(qiáng)度折減法分析了坑中坑抗隆起穩(wěn)定性的影響。但上述研究大多針對(duì)軟土地區(qū)。在組合地層的坑中坑研究中，Tan等[10]基于黏土-卵礫石組合地層的坑中坑工程，運(yùn)用監(jiān)測(cè)與有限元方法，發(fā)現(xiàn)組合地層中支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形特性不同于一般均質(zhì)土。此外，蘇華等[11]研究表明被動(dòng)區(qū)土體強(qiáng)度弱化對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形十分不利，建議在基坑設(shè)計(jì)施工中要考慮土層軟化的影響作用。而關(guān)于內(nèi)坑坑周土體強(qiáng)度弱化程度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響未有充分研究。內(nèi)坑開(kāi)挖不但加大了開(kāi)挖深度，使得嵌固深度減小，而且二次開(kāi)挖卸載以及施工擾動(dòng)會(huì)弱化內(nèi)坑坑周土體的強(qiáng)度。若內(nèi)外坑之間的水平距離過(guò)小，內(nèi)坑開(kāi)挖深度較大，則會(huì)對(duì)外坑支護(hù)結(jié)構(gòu)造成更顯著的影響，危及基坑安全穩(wěn)定性。

針對(duì)以往關(guān)于坑中坑的研究，眾多學(xué)者僅分析了各參數(shù)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的臨界閾值影響，卻少有分析參數(shù)在臨界影響閾值左右范圍變化對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影 響，也少有考慮內(nèi)坑坑周土體強(qiáng)度弱化效應(yīng)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。鑒于此，本文依托南寧地鐵4號(hào)線某坑中坑式基坑雙排樁支護(hù)工程項(xiàng)目，研究雙排樁在圓礫-泥巖組合地層中的支護(hù)特點(diǎn)及其適用性。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究坑趾系數(shù)、深度比等參數(shù)在影響閾值左右范圍內(nèi)變化對(duì)雙排樁支護(hù)效果的影響，并提出土體強(qiáng)度弱化百分比分析內(nèi)坑坑周土體弱化程度對(duì)雙排樁支護(hù)效果的影響。通過(guò)有限元強(qiáng)度折減法分析上述因素對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響，以期為類(lèi)似工程提供參考。

2 工程概況

南寧地鐵4號(hào)線某基坑位于圓礫-泥巖組合地層。土層從地表向下依次為素填土、圓礫填土、含黏性土圓礫、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖，厚度依次為3.4、2.0、7.6、22.0、25.0 m。根據(jù)地質(zhì)勘查資料所得的具體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of soil

圍合區(qū)下沉廣場(chǎng)基坑深度約為14.6 m，采用放坡2.8 m并使用Φ800 mm@1 200 mm的雙排樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長(zhǎng)21.3 m。開(kāi)挖斷面地層主要為圓礫層，樁底嵌入第三系泥巖約10.5 m。在圍合區(qū)基坑底板以下，設(shè)有地鐵聯(lián)絡(luò)線。聯(lián)絡(luò)線寬6 m，長(zhǎng)325.8 m，圓曲線半徑為180 m，坡度為34.230‰。聯(lián)絡(luò)線內(nèi)坑采用明挖順作法進(jìn)行施工作業(yè)，支護(hù)結(jié)構(gòu)使用Φ800 mm@1 200 mm排樁，樁長(zhǎng)12 m，內(nèi)支撐體系采用1道鋼支撐，鋼支撐的規(guī)格為Φ609 mm厚度t=16 mm，水平間距為3.5～4.0 m。內(nèi)外坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C35。聯(lián)絡(luò)線坑底與下沉廣場(chǎng)底板凈距為4.9～9.5 m，聯(lián)絡(luò)線基坑坑壁與雙排樁的水平距離最近處僅約4.5 m。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，在施工期間沿著雙排樁支護(hù)段布置了11個(gè)樁頂水平位移和樁身水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中樁頂位移主要采用全站儀對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)記錄；樁身水平位移是將測(cè)斜管(長(zhǎng)約18 m)埋設(shè)在樁身砼中，然后利用測(cè)斜儀、測(cè)讀儀等對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄。本工程段內(nèi)外基坑平面和水平位移監(jiān)測(cè)布置圖、典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面(5-5)示意圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其水平位移監(jiān)測(cè)布置平面圖Fig.1 Layout plan of foundation pit retaining structureand its horizontal displacement monitoring

圖2 典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.2 Profile of typical enclosure

3 有限元模型

3.1 計(jì)算模型與參數(shù)

根據(jù)實(shí)際工程，選取斷面5-5的工況，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件建立二維數(shù)值計(jì)算模型。模型外坑開(kāi)挖深度取14.6 m，內(nèi)坑開(kāi)挖深度取6 m,內(nèi)坑寬度取6 m。根據(jù)文獻(xiàn)[12]，坑邊寬度取約5倍基坑開(kāi)挖深度,坑底地層厚度取約3倍基坑開(kāi)挖深度即可有效降低模型邊界效應(yīng)對(duì)基坑開(kāi)挖計(jì)算的影響。本模型尺寸為96.8 m×60 m(長(zhǎng)×高)。外坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)雙排樁及內(nèi)坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)排樁均按上文描述的實(shí)際尺寸建立，如圖3所示。土體選用摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型，采用CPE4單元進(jìn)行模擬。模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的等效彈性模量為35 GPa，泊松比為0.2，重度為25 kN/m3。模型支撐采用梁?jiǎn)卧M，鋼支撐的規(guī)格為Φ609 mm厚度t=16 mm，彈性模量為206 GPa，泊松比為0.2，重度為78.5 kN/m3。計(jì)算模型邊界條件為：限制模型左右的水平位移，以底面為固定端。由于本文著重研究雙排樁支護(hù)特點(diǎn)及坑中坑對(duì)雙排樁的影響，故模型忽略距雙排樁及內(nèi)坑較遠(yuǎn)的地連墻。

注：h為內(nèi)坑深度；H為外坑深度。圖3 模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of model size

3.2 模型驗(yàn)證與分析

為驗(yàn)證本文模型的合理性，將上述模型模擬實(shí)際工況的計(jì)算結(jié)果與該斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比?；幽M工況如表2所示。

表2 基坑開(kāi)挖工況Table 2 Excavation conditions of foundation pit

從圖4可以看出，雙排樁的前后樁水平位移計(jì)算值相差不大，以樁身整體剛體側(cè)移為主。樁身水平位移最大值均出現(xiàn)在樁頂以下2～4 m的位置，工序2前后排樁的最大水平位移分別為24.21、23.74 mm。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的樁身位移曲線變化趨勢(shì)基本相近，中間段基本吻合，說(shuō)明模型選取的參數(shù)較為可靠。在樁頂、樁底位置的實(shí)測(cè)值略小于模擬值，這可能是因?yàn)閿嗝?-5處于基坑的陽(yáng)角附近，空間效應(yīng)明顯。

圖4 不同工況下雙排樁水平位移曲線Fig.4 Curves of horizontal displacement of double-row piles under different working conditions

為反映圓礫-泥巖組合地層中雙排樁的支護(hù)特點(diǎn)，與相似工況(對(duì)應(yīng)本文中的“工序2”)下雙排樁在黃土地區(qū)[13]、軟土地區(qū)[14]的樁身水平位移進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。在不同地層中，雙排樁樁身水平位移均表現(xiàn)出“鼓脹”型。相比之下，黃土、軟土地區(qū)樁身的整體位移數(shù)值較大，下降趨勢(shì)也較為明顯。圓礫-泥巖地層中雙排樁的位移數(shù)值則相對(duì)較小，但下降收斂趨勢(shì)較緩慢，這反映了圓礫層自穩(wěn)性欠佳的特點(diǎn)；同時(shí)，樁身嵌固段的位移相對(duì)較小，反映了未經(jīng)擾動(dòng)的泥巖具有良好的嵌固穩(wěn)定性。總體上，各地區(qū)在相似工況中的樁身水平位移大小呈現(xiàn)出：軟土地層>黃土地層>圓礫-泥巖組合地層。這說(shuō)明雙排樁在南寧圓礫-泥巖組合地層中的基坑支護(hù)效果良好，具有較好的適用性。

圖5 不同土層中雙排樁水平位移曲線Fig.5 Curves of horizontal displacement ofdouble-row piles in different soil layers

對(duì)比工序2、工序6的位移曲線，發(fā)現(xiàn)內(nèi)坑開(kāi)挖對(duì)雙排樁支護(hù)效果有較大影響。盡管內(nèi)坑開(kāi)挖前后雙排樁位移曲線形狀仍較為相似，但水平位移沿樁身長(zhǎng)度方向的增幅均較大，位移下降收斂趨勢(shì)變緩。這可能是內(nèi)坑開(kāi)挖降低了雙排樁的嵌固深度以及基坑二次卸載、樁體的二次施工造成泥巖強(qiáng)度下降所致。因此進(jìn)一步分析內(nèi)外坑的空間位置及土體強(qiáng)度弱化對(duì)雙排樁支護(hù)效果的影響十分必要。

4 坑中坑對(duì)雙排樁的影響

結(jié)合實(shí)際工程中內(nèi)坑的開(kāi)挖深淺、與雙排樁水平距離不同以及泥巖受擾動(dòng)后強(qiáng)度下降等特點(diǎn)，運(yùn)用單因素法研究坑趾系數(shù)(χ=B/H)、深度比(α=h/H)、土體強(qiáng)度弱化百分比Fr這3個(gè)參數(shù)的變化對(duì)雙排樁支護(hù)效果影響，具體參數(shù)取值如表3所示。同時(shí)利用有限元強(qiáng)度折減法分析各變量對(duì)基坑穩(wěn)定安全系數(shù)的影響。

表3 影響因素的參數(shù)取值Table 3 Values of influencing factors

其中，本文提出的土體強(qiáng)度弱化百分比Fr是用于描述土體強(qiáng)度降低程度的參數(shù),與土體強(qiáng)度參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系為

(1)

φ=arctan[tanφ0(1-Fr)] 。

(2)

式中C0、C、φ0、φ分別為土體的黏聚力、弱化后的黏聚力、內(nèi)摩擦角、弱化后的內(nèi)摩擦角。

4.1 坑趾系數(shù)的影響

根據(jù)申明亮等[15]的研究，χ<0.5，是坑趾系數(shù)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的閾值，本節(jié)據(jù)此進(jìn)一步細(xì)化研究在該閾值左右范圍坑趾系數(shù)的變化對(duì)雙排樁支護(hù)性能的影響程度。在上文模型的基礎(chǔ)上，把坑趾系數(shù)χ作為單一變量，建立相應(yīng)新的分析模型。χ是與坑間距B相關(guān)的參數(shù)，B依次取值為4、5、6、7、8 m，對(duì)應(yīng)的坑趾系數(shù)如表3所示。由于雙排樁的前后樁水平位移的大小和變化趨勢(shì)相近，限于篇幅，僅取數(shù)值較大的前排樁水平位移曲線作為代表進(jìn)行描述及研究。

結(jié)合圖6、圖7可以看出，隨著坑趾系數(shù)的減小，樁身水平位移的增長(zhǎng)幅度表現(xiàn)為“較大-小-大-較大”，印證了坑趾系數(shù)對(duì)雙排樁的水平位移影響存在臨界閾值。當(dāng)坑趾系數(shù)為0.548時(shí)，內(nèi)坑開(kāi)挖對(duì)雙排樁側(cè)移增長(zhǎng)相對(duì)較小；當(dāng)坑趾系數(shù)為0.479、0.410時(shí)，雙排樁水平位移差異不大；當(dāng)坑趾系數(shù)從0.410降至0.342、0.274時(shí)，雙排樁水平位移增長(zhǎng)幅度隨坑趾系數(shù)的降低呈現(xiàn)較大增長(zhǎng)。綜上，可認(rèn)為本例的坑趾系數(shù)影響閾值介于0.4～0.5，并得出以下規(guī)律：當(dāng)坑趾系數(shù)處于閾值以外，坑中坑開(kāi)挖對(duì)雙排樁側(cè)移影響相對(duì)較??；當(dāng)坑趾系數(shù)處于閾值附近，雙排樁側(cè)移對(duì)坑趾系數(shù)變化不敏感；當(dāng)坑趾系數(shù)處于閾值以?xún)?nèi)，隨坑趾系數(shù)的減小，雙排樁側(cè)移增長(zhǎng)幅度呈現(xiàn)先加快、后放緩的特點(diǎn)。

圖6 水平位移隨坑趾系數(shù)變化曲線Fig.6 Curves of horizontal displacement varying withpit toe coefficient

同時(shí)運(yùn)用強(qiáng)度折減法，得到了分別基于基坑土體出現(xiàn)貫通的塑性區(qū)時(shí)的基坑安全穩(wěn)定系數(shù)FS1和雙排樁樁頂水平位移出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)的基坑安全穩(wěn)定系數(shù)FS2。由于雙排樁為懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁身水位移以剛體側(cè)移為主，故對(duì)樁頂水平位移變化較為敏感。而不考慮擾動(dòng)影響作用的泥巖強(qiáng)度較大，土體相對(duì)不易出現(xiàn)貫通的塑性區(qū)。因此FS1較FS2要大，如圖7所示。隨著坑間距的減小，F(xiàn)S1與FS2均呈現(xiàn)出加速下降的趨勢(shì)，且FS2比FS1降幅更大。

圖7 安全系數(shù)隨坑間距變化折線圖Fig.7 Broken lines of safety factor varying withdistance between pits

4.2 深度比的影響

同樣的，把深度比α作為唯一變量，深度比>0.42為深度比對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的閾值[16]。α是與內(nèi)坑開(kāi)挖深度h相關(guān)的參數(shù)，h依次取值為5、6、7、8、9 m，對(duì)應(yīng)的深度比如表3所示。

由圖8可知，雙排樁水平位移隨深度比的增加而增大，水平位移曲線形狀仍呈現(xiàn)出“鼓脹”型。在不同開(kāi)挖深度，水平位移的增長(zhǎng)幅度有一定差異。當(dāng)內(nèi)坑開(kāi)挖深度處于相對(duì)較小范圍內(nèi)時(shí)，雙排樁水平位移隨深度比變化幅度很小，例如內(nèi)坑開(kāi)挖深度為5、6 m時(shí)的位移曲線基本一致；當(dāng)開(kāi)挖深度相對(duì)較大時(shí)，雙排樁的水平位移增長(zhǎng)幅度則快速增大，說(shuō)明內(nèi)坑開(kāi)挖深度h存在臨界值。根據(jù)水平位移的增長(zhǎng)趨勢(shì)，可認(rèn)為本例中深度比的影響閾值約為0.41。此外，當(dāng)深度比超過(guò)臨界影響閾值后，雙排樁水平位移較大，對(duì)基坑較為不利。這是因?yàn)楸粍?dòng)土壓力對(duì)雙排樁嵌固效果起到很大作用，所以當(dāng)內(nèi)坑開(kāi)挖深度加大，就等效減小雙排樁的嵌固段長(zhǎng)度，降低了被動(dòng)土壓力，使得樁體的土壓力合力點(diǎn)下移，造成雙排樁產(chǎn)生更大的朝坑內(nèi)位移變形。對(duì)比α分別為0.342和0.616時(shí)的最大水平位移，發(fā)現(xiàn)后者較前者增大32.6%，也反映了內(nèi)坑開(kāi)挖深度的變化對(duì)雙排樁支護(hù)效果有較大影響。

圖8 水平位移隨深度比變化曲線Fig.8 Curves of horizontal displacement varyingwith depth ratio

從圖9也可以發(fā)現(xiàn)，兩種穩(wěn)定安全系數(shù)均隨深度比的增加而表現(xiàn)為近似線性下降。同時(shí)二者數(shù)值大小關(guān)系也隨之發(fā)生變化。當(dāng)深度比<0.479(h=7 m)時(shí)，F(xiàn)S1>FS2；當(dāng)深度比>0.479(h=8 m)時(shí)，則變成FS1

圖9 安全系數(shù)隨內(nèi)坑開(kāi)挖深度變化折線Fig.9 Broken lines of safety factor varying withexcavation depth of inner pit

4.3 土體強(qiáng)度弱化的影響

泥巖浸水使得其強(qiáng)度下降。圖10為現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中內(nèi)坑出現(xiàn)大量積水的情況。為研究該工況下土體強(qiáng)度弱化程度對(duì)雙排樁的影響，僅把土體強(qiáng)度弱化系數(shù)Fr作為變量，對(duì)弱化區(qū)(如圖3所示)中土體進(jìn)行強(qiáng)度折減弱化，參數(shù)Fr取值如表3所示。

圖10 內(nèi)坑出現(xiàn)積水Fig.10 Water accumulated in the inner pit

從圖11可知，隨著土體強(qiáng)度弱化程度的加大，雙排樁水平位出現(xiàn)“加速”增長(zhǎng)的現(xiàn)象。水平位移在整個(gè)樁身長(zhǎng)度方向上均出現(xiàn)較大增長(zhǎng)。說(shuō)明土體的強(qiáng)度弱化對(duì)于雙排樁支護(hù)性能影響巨大。對(duì)比未考慮土體弱化的工況和考慮土體弱化程度達(dá)到60%的工況，二者最大水平位移分別為33.86、65.04 mm,后者較前者約增加了92%。而且從圖12可知，不同判據(jù)下的基坑穩(wěn)定安全系數(shù)均大幅下降。FS1、FS2分別從2、1.92下降至1.21、1.19，降幅分別為40%、38%。隨著坑間土體弱化程度的加深，原本較為堅(jiān)硬的泥巖地層從不易產(chǎn)生貫通的塑性區(qū)變得相對(duì)容易，使得FS1、FS2趨于一致。因此，減少對(duì)內(nèi)坑坑周土體擾動(dòng)，保證其強(qiáng)度是基坑安全竣工的關(guān)鍵。

圖11 水平位移隨土體強(qiáng)度弱化百分比變化曲線Fig.11 Curves of horizontal displacement varying withthe percentage of soil strength weakening

圖12 安全系數(shù)隨土體強(qiáng)度弱化百分比變化折線Fig.12 Broken lines of safety factor varying withthe percentage of soil strength weakening

4.4 雙排樁側(cè)移增長(zhǎng)率與基坑穩(wěn)定安全系數(shù)的關(guān)系

通過(guò)引入圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比ξ(ξ=(δ-δ0)/δ×100%，其中δ0、δ分別為支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移變化前、后的數(shù)值)，分析不同參數(shù)變量下雙排樁最大側(cè)移的增長(zhǎng)規(guī)律與基坑穩(wěn)定安全系數(shù)的關(guān)系。由于ξ與樁身位移有關(guān)，故安全系數(shù)采用與樁體位移相關(guān)的FS2，以(Fr,χ,α)=(0,0.410,0.410)為例進(jìn)行對(duì)比分析。

從表4可以看出，不同參數(shù)下，基坑穩(wěn)定安全系數(shù)均與支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移增長(zhǎng)百分比成負(fù)相關(guān)，即穩(wěn)定安全系數(shù)越小，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移越大。通過(guò)單位變量下ξ、FS2的變化率進(jìn)行判斷，得出各變量對(duì)雙排樁最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比及基坑穩(wěn)定安全系數(shù)的影響大小關(guān)系為：土體強(qiáng)度弱化百分比>坑趾系數(shù)>深度比?？梢?jiàn)，在坑中坑式基坑工程中，除了內(nèi)外坑的空間關(guān)系以外，內(nèi)坑坑周土體的強(qiáng)度弱化更是不可忽略的因素。并且，在穩(wěn)定安全系數(shù)較小時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)的小幅下降會(huì)引起雙排樁最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比的較大增加；但在穩(wěn)定安全系數(shù)較大時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)的降低并不會(huì)造成雙排樁最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比的較大增加。例如，在第12—第15組數(shù)據(jù)中，當(dāng)穩(wěn)定安全系數(shù)從1.66降至1.31時(shí)，雙排樁最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比增幅僅為16.6%；而穩(wěn)定安全系數(shù)從1.31、1.27分別降至1.21和1.19時(shí)，雙排樁最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比增幅分別高達(dá)25.9%、35.3%。通過(guò)各組數(shù)據(jù)中的最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比增幅與基坑安全系數(shù)進(jìn)行粗略對(duì)比分析，建議在類(lèi)似的實(shí)際工程中，可將支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比是否>20%作為依據(jù)，初步評(píng)價(jià)內(nèi)坑開(kāi)挖對(duì)基坑穩(wěn)定安全的影響程度。

表4 雙排樁變形增長(zhǎng)百分比與基坑穩(wěn)定安全系數(shù)Table 4 Deformation growth percentage of double-row piles and stability safety factor of foundation pit

4.5 不同因素下基坑破壞模式

運(yùn)用強(qiáng)度折減法，以土體產(chǎn)生貫通的塑性區(qū)作為基坑破壞依據(jù)，對(duì)不同因素下基坑破壞模式進(jìn)行研究。取上文組號(hào)為1、10、15的模型作為代表進(jìn)行分析。

從圖13(a)可以發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)坑間距較小時(shí)， 雙排樁與排樁之間的坑間土由于受到樁體之間“擠壓”作用， 產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形， 隆起量過(guò)大， 從而引起雙排樁的嵌固失穩(wěn)， 雙排樁側(cè)移過(guò)大。 如圖13(b)所示， 當(dāng)內(nèi)坑開(kāi)挖深度較大時(shí)， 內(nèi)坑排樁嵌固深度不足， 坑底至樁底土層厚度較小， 導(dǎo)致內(nèi)坑坑底土的塑性區(qū)率先貫通破壞， 內(nèi)坑排樁繞塑性區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)破壞， 從而引發(fā)雙排樁失穩(wěn)。 如圖13(c)所示， 當(dāng)坑間土及內(nèi)坑周?chē)馏w強(qiáng)度下降較大時(shí)， 雙排樁前的坑間土以及內(nèi)坑坑底土體均較易產(chǎn)生從各自坑底底面至樁底的土體貫通塑性區(qū)， 從而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)破壞。

圖13 基坑破壞模式Fig.13 Failure mode of foundation pit

通過(guò)上述不同因素導(dǎo)致坑中坑破壞模式的結(jié)論，驗(yàn)證了3.1—3.3節(jié)的分析。同時(shí)據(jù)此建議對(duì)于坑趾系數(shù)較小的坑中坑在開(kāi)挖時(shí)，在坑間進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧敉?；?duì)于深度比較大的坑中坑，應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)內(nèi)坑排樁的嵌固深度。并且要注意開(kāi)挖后及時(shí)澆筑混凝土底板和施作相應(yīng)抽排水設(shè)施，避免內(nèi)坑積水浸泡，對(duì)泥巖等土體強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

5 結(jié) 論

本文探討了雙排樁在南寧地區(qū)的支護(hù)作用特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，研究了不同土體強(qiáng)度弱化百分比、坑趾系數(shù)、深度比等因素下坑中坑開(kāi)挖對(duì)雙排樁支護(hù)效果及基坑穩(wěn)定性的影響，得出如下結(jié)論。

(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算值吻合較好，說(shuō)明數(shù)值模型及計(jì)算參數(shù)是合理的。雙排樁在圓礫-泥巖組合地層的基坑工程中具有良好適用性，支護(hù)性能優(yōu)越。

(2)坑中坑各參數(shù)對(duì)基坑穩(wěn)定安全系數(shù)、雙排樁最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比影響均較明顯，影響程度關(guān)系為土體強(qiáng)度弱化百分比>坑趾系數(shù)>深度比。在坑中坑設(shè)計(jì)中，除了坑趾系數(shù)和深度比等因素外，水對(duì)土體強(qiáng)度弱化作用是不容忽略的，尤其對(duì)于泥巖地層更要充分重視。

(3)對(duì)分別基于土體出現(xiàn)貫通塑性區(qū)和樁頂側(cè)移出現(xiàn)拐點(diǎn)得到的安全系數(shù)數(shù)值大小變化關(guān)系進(jìn)行比較，可在一定程度上反映不同因素下基坑的破壞特點(diǎn)。

(4)坑間土體隆起量過(guò)大、內(nèi)坑嵌固深度不足、土體易產(chǎn)生貫通的塑性區(qū)分別是導(dǎo)致較小的坑趾系數(shù)、較大的深度比、較大的土體強(qiáng)度弱化百分比工況下坑中坑失穩(wěn)破壞的主要原因。

(5)在類(lèi)似工程中，可結(jié)合雙排樁的最大側(cè)移增長(zhǎng)百分比是否>20%作為初步評(píng)價(jià)內(nèi)坑開(kāi)挖對(duì)基坑穩(wěn)定安全系數(shù)的影響程度的依據(jù)。