深基坑復合土釘支護可靠度分析

張安玉，呂 惠

(1.山東同圓設計集團有限公司，山東濟南250000；2.青島理工大學土木工程學院，山東青島266033)

基坑支護設計時，傳統方法(即確定性分析方法)只是通過計算安全系數來衡量基坑支護穩定與否。然而眾所周知，土體具有空間變異性，單單利用安全系數來評定基坑支護所得結果并不準確。由此，又引進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，探究土釘參數對深基坑穩定的影響，希望得到一些有益的結論。

1 復合土釘支護概述

土釘支護充分利用了原狀土的自承能力，把本來完全靠外加圍護結構來支擋的被動土體，通過土釘技術的加固使其本身成為一個復合的擋土結構[1]。但是土釘支護無法用于例如軟弱與泥質土、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條件。復合土釘支護的出現很好地彌補了土釘支護的缺陷。復合土釘支護是以土釘支護為主，輔以其他補強措施以保持和提高邊坡穩定的復合支擴形式[2]。

復合土釘支護有很多優點，如基坑施工無需設置支撐、圍檁。施工方便，材料用量和工程量小，工期短，經濟可靠[3]。

2 蒙特卡洛法簡介

蒙特卡洛法，又稱統計試驗法或隨機抽樣技巧法。它適用于隨機變量的概率密度分布形式已知或符合假定的情況，在目前可靠度計算中，是一種相對精確的方法[4]。蒙特卡洛法是從概率的角度出發來求解失效概率的。基本原理為：

設X1，X2，……Xn為N個獨立的隨機變量，建立功能函數：

F=G(X1,X2，……Xn)

(1)

依次將這N個獨立的隨機變量代入功能函數F，得到N個Fi值，統計其中F>0的個數，記做M,確定失效概率為：

Pf=M∕NN→∞

(2)

由于蒙特卡洛法是通過隨機抽樣來獲得失效概率的，所以隨著抽樣次數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，框剪結構，地上21層，高65 m，基礎埋深6 m，基坑開挖長34 m，寬34 m，深6 m。

(2)地層結構及主要參數見表1。

表1 地層結構及主要參數

(3)復合土釘墻支護結構參數。

基坑開挖深度為6 m，改變土釘參數：

情況一：分別加1 m、 3 m、 4 m、 5 m、 6 m長錨桿，縱向設計3排土釘，橫向間隔1 m，水平夾角10°，直徑0.1 m。

情況二：深基坑內壁設置厚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長土釘，縱向設計3排土釘，橫向間隔1 m，水平夾角10°，直徑0.1 m。

3.2 結果分析

土釘支護和復合土釘支護最危險滑動面位置對比，如下圖1、圖2、圖3所示。

(1)當土釘長度為1 m時：

圖1(a) 土釘支護最危險滑動面

圖1(b) 復合土釘支護最危險滑動面

(2)土釘長度為3 m時：

圖2(a) 土釘支護最危險滑動面

圖2(b) 復合土釘支護最危險滑動面

(3)土釘長度為5 m時：

圖3(a) 土釘支護最危險滑動面

圖3(b) 復合土釘支護最危險滑動面

土釘支護和復合土釘支護對比，如表2所示：

表2 計算結果匯總

(注：表中FS為安全系數，P為失效概率。)

由上表可知，無論是直接土釘支護，還是復合土釘支護，隨著土釘長度的增加，安全系數逐漸增大，失效概率逐漸減小；土釘支護和復合土釘支護比較，對于相同的土釘長度而言，后者的安全系數明顯大于前者，后者的失效概率明顯小于前者。

4 結論

改變土釘參數對復合土釘支護影響巨大，且復合土釘支護方法比直接土釘支護基坑邊坡更穩固。所以在深基坑穩定分析時，應在施工和經濟允許的前提下盡量采用復合土釘支護方法，選擇合適的土釘錨固長度，從而更好的增加土坡穩定性。

[1] 熊贊民，高全臣，王春來.SLIDE在深基坑支護可靠性分析中的應用[J].礦業研究與開發，2008,28(2)：39-41

[2] 張龍雙.復合土釘支護分析與簡介[J].建筑與預算，2012,(3):133-134

[3] 鄧紅剛.高層建筑深基坑開挖復合土釘支護技術的探討[J].商品與質量:建筑與發展,2012,(11):84-85

[4] 陳祖煜.土質邊坡穩定分析——原理、方法、程序[M].北京:中國水利水電出版社,2003

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

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