軟土基坑開挖的變形分析研究

1 支撐系統及圍護結構介紹

地下交通工程位于天津市塘沽開發區，屬于明挖隧道工程。塘沽濱海地區屬于典型的海相淤泥質軟土地基，自填土層以下大部分屬于淤泥質土，含水量大、壓縮性大、內摩擦角小、降水困難。基坑深14m，使用型鋼水泥土墻作為圍護結構，型鋼水泥土墻水平長4 200 m，圍護結構采用水泥土墻φ850mm@600mm，型鋼為H700mm×300mm×24mm，水泥土水泥摻量為18%的型鋼水泥土工法樁，壓頂梁為1 000mm×800mm的C25鋼筋混凝土。

2 軟土基坑開挖過程與變形的分析

2.1 建筑物變形觀測

對距離基坑13m遠，基礎深度與基坑基底開挖深度相同已經竣工的28層筒體鋼筋混凝土結構居民樓及距離建筑物邊界為7m、基礎埋深為15m，鋼筋混凝土框架結構的飯店進行了觀測，此2棟樓房的地基處理全部采用了鋼筋混凝土灌注樁。觀測結果見表1。

表1 周邊建筑監測數據統計分析 mm

由表1可以看出，基坑施工期間建筑的實測最大沉降量為3.18mm，最大水平位移為5.94mm且變形速率均＜2mm/12 h，因此，周邊建筑的變形嚴格控制在設計要求的警戒值范圍以內，基坑施工未對周邊建筑造成影響。

2.2 軸力分析

內撐軸力分析，內撐施加軸力設計原則是設計軸力值30%。標準斷面軸力設計值一道撐為687 kN，預加軸力為206 kN，二道撐為2 013 kN，預加軸力為604 kN，見表2。

表2 軸力統計 kN

通過以上軸力實測值確定，軟土基坑開挖土質變化不大、周圍環境相同、深度相同、支撐系統相同、基坑開挖方法相同的基坑開挖最終產生的軸力數值變異性比較大，比如在表2中，BZL11的最大值為1 436.64 kN，而 AZL8為 472.03 kN，相差 964.41 kN，說明加撐時間快慢是引起軸力變異的關鍵，尤其在飽和、高壓縮、欠固結、流塑狀態下的土質，加撐快慢是軸力變化的關鍵。

2.3 地表沉降及地表裂縫分析

根據監測結果，發現同一斷面的監測點的檢測數據反映地面沉降相差不多，這是軟土一個特點，軟土在自重應力和附加應力荷載下，由于具備流動性，產生重塑，從而造成地面沉降最終相差不多。

在軟土地基條件下采取傳遞連續式挖土方式施工，對支護結構的腰梁、支撐安裝及預加頂力這三個環節的速度要求較嚴格。一般來說，這三個環節速度快，冠梁頂部的水平位移就小，反之，則冠梁水平位移就大，嚴重的將造成坍塌事故。

軟土地基以外的其他地質情況下，基坑挖土完成后的支護結構的軸力及水平位移并不隨時間的延長而產生較大變化，而在軟流塑態土質情況下，支護結構軸力與水平位移隨時間的延長而變化，挖土過程中，支護結構的工具柱一般不需要維護。軟土質情況下，工具柱在挖土之前，必須先行加固，防止挖土過程中，土體蠕動造成工具柱位移與傾斜。邊坡土體在流塑狀態下，極易產生滑動，產生極大的沖擊。基坑設計對內撐設置工具柱的，流塑狀態下的邊坡土體在開挖過程中緩慢向基坑內流動，造成對工具柱的沖擊，使工具柱發生大幅度水平位移。不采取措施，工具柱將失效。

3 結語

軟土的深基坑開挖，只要圍護結構有足夠的剛度，支撐系統有足夠的強度和穩定，可以采取連續開挖，對于設計結構施工影響不大，但是對于基坑周邊環境影響比較大，滿足不了二級基坑的要求，可以采取減少同斷面支撐的豎向間距并及時加撐來解決，科學合理的開挖方式選擇及加撐快慢是軟土深基坑施工的關鍵控制要素之一。