深基坑復(fù)合土釘支護(hù)可靠度分析

張安玉，呂 惠

(1.山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250000；2.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東青島266033)

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，傳統(tǒng)方法(即確定性分析方法)只是通過(guò)計(jì)算安全系數(shù)來(lái)衡量基坑支護(hù)穩(wěn)定與否。然而眾所周知，土體具有空間變異性，單單利用安全系數(shù)來(lái)評(píng)定基坑支護(hù)所得結(jié)果并不準(zhǔn)確。由此，又引進(jìn)了不確定性分析方法，即可靠度分析方法。本文擬采用可靠度分析方法，探究土釘參數(shù)對(duì)深基坑穩(wěn)定的影響，希望得到一些有益的結(jié)論。

1 復(fù)合土釘支護(hù)概述

土釘支護(hù)充分利用了原狀土的自承能力，把本來(lái)完全靠外加圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)支擋的被動(dòng)土體，通過(guò)土釘技術(shù)的加固使其本身成為一個(gè)復(fù)合的擋土結(jié)構(gòu)[1]。但是土釘支護(hù)無(wú)法用于例如軟弱與泥質(zhì)土、砂性土層、地下有潛水和承壓水以及水量豐富的深基坑地質(zhì)條件。復(fù)合土釘支護(hù)的出現(xiàn)很好地彌補(bǔ)了土釘支護(hù)的缺陷。復(fù)合土釘支護(hù)是以土釘支護(hù)為主，輔以其他補(bǔ)強(qiáng)措施以保持和提高邊坡穩(wěn)定的復(fù)合支擴(kuò)形式[2]。

復(fù)合土釘支護(hù)有很多優(yōu)點(diǎn)，如基坑施工無(wú)需設(shè)置支撐、圍檁。施工方便，材料用量和工程量小，工期短，經(jīng)濟(jì)可靠[3]。

2 蒙特卡洛法簡(jiǎn)介

蒙特卡洛法，又稱統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法或隨機(jī)抽樣技巧法。它適用于隨機(jī)變量的概率密度分布形式已知或符合假定的情況，在目前可靠度計(jì)算中，是一種相對(duì)精確的方法[4]。蒙特卡洛法是從概率的角度出發(fā)來(lái)求解失效概率的。基本原理為：

設(shè)X1，X2，……Xn為N個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量，建立功能函數(shù)：

F=G(X1,X2，……Xn)

(1)

依次將這N個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量代入功能函數(shù)F，得到N個(gè)Fi值，統(tǒng)計(jì)其中F>0的個(gè)數(shù)，記做M,確定失效概率為：

Pf=M∕NN→∞

(2)

由于蒙特卡洛法是通過(guò)隨機(jī)抽樣來(lái)獲得失效概率的，所以隨著抽樣次數(shù)的增加我們所得到的的頻率才越接近邊坡的失效概率。

3 算例分析

3.1 工程概況

(1)某擬建高層住宅，框剪結(jié)構(gòu)，地上21層，高65 m，基礎(chǔ)埋深6 m，基坑開(kāi)挖長(zhǎng)34 m，寬34 m，深6 m。

(2)地層結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地層結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

(3)復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

基坑開(kāi)挖深度為6 m，改變土釘參數(shù)：

情況一：分別加1 m、 3 m、 4 m、 5 m、 6 m長(zhǎng)錨桿，縱向設(shè)計(jì)3排土釘，橫向間隔1 m，水平夾角10°，直徑0.1 m。

情況二：深基坑內(nèi)壁設(shè)置厚0.5 m混凝土面層。取混凝土容重19.1 kN/m3，粘聚力5 000 kPa,摩擦角35°，分別加1 m、3 m、4 m、5 m、6 m長(zhǎng)土釘，縱向設(shè)計(jì)3排土釘，橫向間隔1 m，水平夾角10°，直徑0.1 m。

3.2 結(jié)果分析

土釘支護(hù)和復(fù)合土釘支護(hù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面位置對(duì)比，如下圖1、圖2、圖3所示。

(1)當(dāng)土釘長(zhǎng)度為1 m時(shí)：

圖1(a) 土釘支護(hù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面

圖1(b) 復(fù)合土釘支護(hù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面

(2)土釘長(zhǎng)度為3 m時(shí)：

圖2(a) 土釘支護(hù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面

圖2(b) 復(fù)合土釘支護(hù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面

(3)土釘長(zhǎng)度為5 m時(shí)：

圖3(a) 土釘支護(hù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面

圖3(b) 復(fù)合土釘支護(hù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面

土釘支護(hù)和復(fù)合土釘支護(hù)對(duì)比，如表2所示：

表2 計(jì)算結(jié)果匯總

(注：表中FS為安全系數(shù)，P為失效概率。)

由上表可知，無(wú)論是直接土釘支護(hù)，還是復(fù)合土釘支護(hù)，隨著土釘長(zhǎng)度的增加，安全系數(shù)逐漸增大，失效概率逐漸減小；土釘支護(hù)和復(fù)合土釘支護(hù)比較，對(duì)于相同的土釘長(zhǎng)度而言，后者的安全系數(shù)明顯大于前者，后者的失效概率明顯小于前者。

4 結(jié)論

改變土釘參數(shù)對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)影響巨大，且復(fù)合土釘支護(hù)方法比直接土釘支護(hù)基坑邊坡更穩(wěn)固。所以在深基坑穩(wěn)定分析時(shí)，應(yīng)在施工和經(jīng)濟(jì)允許的前提下盡量采用復(fù)合土釘支護(hù)方法，選擇合適的土釘錨固長(zhǎng)度，從而更好的增加土坡穩(wěn)定性。

[1] 熊贊民，高全臣，王春來(lái).SLIDE在深基坑支護(hù)可靠性分析中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2008,28(2)：39-41

[2] 張龍雙.復(fù)合土釘支護(hù)分析與簡(jiǎn)介[J].建筑與預(yù)算，2012,(3):133-134

[3] 鄧紅剛.高層建筑深基坑開(kāi)挖復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)的探討[J].商品與質(zhì)量:建筑與發(fā)展,2012,(11):84-85

[4] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理、方法、程序[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003

[5] 祝玉學(xué). 邊坡可靠度分析的蒙特卡洛模擬方法[J]. 露天采礦技術(shù)，1990,(4): 29-36

[6] 許文達(dá). 基于蒙特卡洛-有限元法的邊坡可靠度分[J]. 福州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004,32(1): 73-77