基于軟土基坑設計若干關鍵問題探討

閆云明，宋海軍，牛雅莉

YAN Yun-ming，SONG Hai-jun,NIUYa-li

（河南工程學院資源與環境學院,鄭州451191）

(Schoolof Resourcesand Environment,HenanInstituteof Engineering,Zhengzhou 451191，China)

基礎工程設計

基于軟土基坑設計若干關鍵問題探討

閆云明，宋海軍，牛雅莉

YAN Yun-ming，SONG Hai-jun,NIUYa-li

（河南工程學院資源與環境學院,鄭州451191）

(Schoolof Resourcesand Environment,HenanInstituteof Engineering,Zhengzhou 451191，China)

由于軟土土質的特殊性和復雜性，因而在實施軟土基坑工程時，要注意其特殊性和復雜性。鑒于在進行軟土基坑設計時不可能做到一次成功，因此，需要根據工程施工的實際情況對基坑工程進行設計。由于軟土具有含水率大以及壓縮性好等特點，在基坑的設計以及后續的施工中都需要更高的技術支撐。針對這種情況，須加強對軟土基坑設計的理論研究。論文根據軟土的特性，對于軟土基坑設計的一些關鍵性問題進行了詳細探討。對于基坑的支護結構進行了詳細分析，分析其受力以及發生的變形過程。對于預應力錨索的計算方式及其計算方式所存在的問題進行研究。對于基坑的地基局部穩定性進行測量，并計算其承載能力。對于雙排樁進行研究并在原有的基礎上簡化其計算方法。

軟土基坑;增量法;地基穩定性;預應力

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.009

1 引言

由于軟土大多具有含水率高，壓縮性強等特點，因此，相比較其他工程設計而言，每一地區的軟土基坑工程設計難度系數更高，需要考慮的問題更多、進行基坑設計時的要求也更多且環境影響也更為復雜[1]。并且，在進行基坑工程設計時，不能將其視為一個簡單孤立的問題進行研究，而是要將基坑設計當作一個整體來進行，充分考慮周圍的環境影響，根據實際情況，進行軟土基坑工程設計。本文主要就軟土基坑設計的相關問題進行了詳細分析，以期基坑工程可以順利安全的進行。

2 簡析軟土基坑設計

2.1 在基坑設計時所用到的土工參數問題

軟土基坑設計中會涉及土與結構之間相互作用產生的問題，因此，與其他的巖土工程一樣的是，土工參數是否準確將會對支護結構的可靠性以及合理性直接產生影響。并且，在進行支護結構的實際計算時，由于土層的抗剪強度指標，因而，要對其進行準確的檢測是很困難的[2]。不同的計算人員、不同的計算方式對于土工參數的檢測結果都可能出現很大的差異。并且，根據檢測人員的實際檢驗可知，對于土工參數的測量，如果采用不同的采土設備的話，也很有可能出現不同的參數結果。一般來說，相比較常規的采土機器來說，薄壁采土機器抽樣的結果可能會偏高。

2.2 基坑中水土壓力的取值問題分析

對于基坑中的水土壓力進行取值是很復雜的一個問題。首先，如果土層壓力以不同的分布規律以及計算方式存在，那么對其采用不同的計算方法將會出現不同的結果。另外，對于基坑中的支護結構應該采用何種方式進行測算，需要根據基坑的實際情況進行，在基坑工程設計中，采用不同的規范，就會出現不同的對于支護結構計算的標準[3]。根據基坑的實際設計情況來看，一般會利用水的不排水實驗進行強度指標的測算以及飽和重度的測算，并且再按照水土合算對于側壓力進行測算。但是，由于在某些地區，軟土基坑按照不排水的強度指標進行計算的話，基坑的支護結構就會出現內力以及變形過大的現象。因此，在實際的工程中一般都還是采用直剪固快的強度指標進行測算。

另外，一般來說，對于軟土的水土測算，要根據實際情況進行選擇，有的地區會選用水土合算，而有的地區會采用水土分算的方式。對水土是進行分算還是合算，最終產生的結果具有很大差異。對基坑中的水土壓力進行取值測算的時候，如果采用的方式是水土合算，那么對主動形式下的水壓力作用進行了低估，而高估被動形式下的水壓力，這樣一來，將會使得基坑中的測算出現不準確的狀況。而水土分算對于土力學的基本原理可能會更加符合，概念定義也比較清晰，但是水土分算在實際應用的過程中，對于有些強度指標的測算比較困難，對于土體產生的一些超靜孔壓影響不能很好地進行考慮[4]。

3 軟土基坑設計中一些關鍵問題

3.1 增量法需要考慮工程的施工過程

一般來說，現今的基坑設計中的支護結構一般都會采用增量法進行計算，具體的計算方法如圖1所示。這種計算方式的基本原理就是在工程施工過程中，將每一個過程中另外所加的荷載當作外荷載，即增量荷載，并將其運用于工程施工的每一過程中所用到的支護結構中。這些施工過程中所采用的支護結構，由于支撐的彈簧發生了很大的變化，因此它們每個的計算體系都是不一樣的。一般來說，增量荷載由兩部分組成，即土層壓力的增量以及每一個過程中所挖掉的彈簧反力。在工程的每一過程中，其支護結構的受力情況以及其變形情況的總和是前一過程的增量荷載結果的累加。

另外，在增量法中進行多錨式以及多撐支護結構計算得到的結果，和將結構當作一種彈性支撐連續梁且不考慮工程的施工過程所得到的計算結果之間具有較大的差異。這種方式一般稱為連續梁法。并且，由于增量法以及連續梁法之間的各支護結構的反力以及彎矩都有較大的差異，因而，如果不將施工計算得出的彎矩偏小作為考慮對象的話，就會使得基坑的設計出現不安全的情況。并且，由于在增量法計算中，下部支護結構的支撐力是很小的，這些支撐力都會受到施工過程的很大影響，因此，對多錨式以及多撐的支護結構計算來說，應該對于施工過程中產生的影響進行充分的考慮，因而，在計算的時候，會選用增量法進行計算。

圖1 增量法的計算過程

如在某酒店工程的基坑設計工程中，因要建造地下室，因而開挖的深度很深，達到20m左右。在基坑設計的過程中，根據當地的一些地質基本情況，充分調研咨詢之后，在工程中采用了1～4層的錨桿進行開挖，并在實際開挖的過程中，使用增量法對工程的位移以及實測位移進行計算。經過科學的計算之后，發現位移與實測位移之間的測量差異很小。

3.2 軟土基坑設計中的支護問題

3.2.1 支護的重要意義

由于在軟土層中不僅只有一種土層，一般說，還有一些相對比較硬的土層，或是黏土，又或是各種種類不同的填土。這些土層在開挖的深度達到2.5m的時候，就很有可能出現崩塌的現象。因而，當基坑開挖的深度超出這個范圍之后，就需要進行必要的支護結構保護。但是，很多工程的施工方因為心存僥幸，因而，在超出開挖深度極限值的時候，通過各種方式，以圖基坑不發生坍塌，而不進行相應的支護結構，如開挖的速度放緩、對基坑進行分段的開挖以及對邊坡進行放緩等。因而，導致在基坑工程進行的時候，經常會出現各種滑坡、坍塌的事件，從而造成工程的進度受到影響，損失更大。

3.2.2 對于軟土基坑進行支護的主要類型

一般來說，對于軟土基坑進行支護的主要方式有：重力式支護、懸臂式支護以及內撐式支護。在重力式支護結構中，主要以水泥的攪拌樁墻為主要的方式。這種方式曾經在國內市場上受到很大追捧，但不久又退出了歷史舞臺。主要是因為：首先，由于基坑的土質主要是軟土，因此其強度以及摩擦力都比較低，在維護的時候，需要有很大的斷面以及插入的深度，因此，重力式支護結構的成本已經不具備優勢;其次，當支護結構中的攪拌樁的長度超出一定的范圍之后，就會使得攪拌樁在使用的時候，出現較多的質量問題，因而，這種支護結構在實際使用中失去競爭優勢。最后，由于在實際的支護過程中，由于工藝本身的短處，因而，在實際使用中質量經常不達標。

綜上所述，將這種支護的形式用在軟土基坑的建設中，存在諸多的問題，因此，在實際施工過程中，對于這種方法不進行推薦。在懸臂式支護中，當地層變軟的時候，就會產生一定的抗力，從而使得水平變位增大。并且由于該支護結構主要是采用懸臂式的結構，因此，在地表周圍的變形將會更大。另外，在支護過程中，為了使得支護結構更加穩定，因此，在進行施工的時候，對于支護結構的嵌入深度以及擋土的高度都有一定的要求。這樣一來，工程施工的工程量將會極大地增大，并且，如果用混凝土對其進行支護的話，必然會使得工程中的配筋量增大，所造成的工程成本也必然高，因此，在實際支護中，對于這種支護結構也不予采用。在內撐式支護結構中，由于圍護的主要構件是由混凝土的土樁組成，因此，會將支護結構分為兩種不同的形式，即相等距離的多道縱橫的交叉對撐方式以及混凝土撐。該種支護結構的主要優點就是在實際施工過程中，支護結構的變形比較小，因此，在實際操作中性能也比較好。另外，當基坑支護結構設計得比較合理的時候，其工程的造價也比較低。但是，在實際施工過程中，這種支護結構也存在著很多的問題，如施工的工期比較長，且其支護結構開挖的條件也比較差，對于機械化工程的施工造成了較大的損失。

3.3 對于錨桿的計算

在現今的基坑支護設計之中，預應力錨桿應該屬于一種比較常用的方式。但是，在現今的很多基坑設計中，對于預應力錨桿以及主動式側彈簧的作用沒有進行很好的考慮，另外，對于施工中的增量荷載也沒有進行合理仔細的檢測。因而，在支護結構中對于錨桿檢測的受力情況和計算得出的受力值之間存在著較大差異。在軟土地區基坑設計過程中，經常都會采用預應力錨桿對基坑進行相應的支護。一般來說，面對上述差異主要采取的方式有以下幾種。首先，當工程已經開挖到一定深度，這個時候開挖的地面上的彈簧消失，因而，墻體會出現向基坑位移的狀況；其次，當對基坑開挖面的一定深度處進行預應力錨桿的施加時，應該以一定的水平將預應力進行集中，并將其施加到墻體之上。在進行這種增量的時候，會使得墻體出現向外部的位移增量。因而，在基坑中的外側土體向外受壓的時候，可以將其當作錨桿與彈簧之間共同擔負的預應力，并把墻體當作是彈性的地基梁，對其受到集中力作用的梁進行計算。如圖2所示。

圖2 集中力作用的彈性地基梁

但是，就目前來看，很多基坑在設計時，對于主動式的側彈簧沒有仔細地進行考慮，因此，在計算絕對位移量的時候會出現值較大的狀況。并且，這種狀況在軟土中出現的情況更為明顯。因此，在進行實際施工的過程中，很多的施工人員為了使得該值不發生明顯的差異，因而，在實際設計過程中，都不會對該值進行較高的設計計算。但是，這樣一來，對于基坑所進行的結構受力狀況與實際情況之間又有很多的不符之處。

3.4 關于軟土基坑的穩定性問題

在軟土基坑的設計過程中，一般會以放坡開挖的方式進行。因此，在進行實際設計的時候，都會采用圓弧滾動的方法對基坑的整體進行穩定性檢測。但是，在檢測的過程中，經常會出現對于局部地區的穩定性檢測進行忽視。并且，由于基坑設計中的土層是軟土，它的承載力是非常低的，因而，在進行實際施工的時候，會對地基的局部造成很大的破壞。而這些局部的損壞，又會導致整個的基坑整體的邊坡損壞。因而，在進行軟土基坑設計的時候，對基坑中地基的穩定性需要進行全面的檢測，不管是局部的還是整體的都要進行檢測。如一基坑中，開挖的邊坡高度為8m，下面鋪設了3m的軟土，其主要的土層參數如表1所示。

表1 土層參數

對土層利用極限平衡法進行測算，得到的安全系數為1.07。但是，經過實際計算之后，所得到的軟土層的承載值卻很低，相比較8m的豎向力來說，差異明顯。這時候，利用局部檢測的方式對基坑的地基穩定性進行檢測，發現地基的穩定性已經失去，就如同一個圓弧的滑動面。由此可以發現，對基坑采用圓弧滑動法進行穩定性測算是不科學的，這主要是因為由該種方法得到的滑動面與實際的滑動面之間存在著相關的差異，因而，當基坑的土層是軟土的時候，不僅僅需要對基坑整體的穩定性進行測算，另外，還應該注意對軟土地基的局部穩定性進行測算，從而保證基坑的穩定安全。

4 結語

本文對于軟土基坑設計中的諸多關鍵問題進行了討論，其中提到的一些計算內容主要是對軟土基坑設計中的一些特殊性能提出的。另外，在進行計算的時候，也會同樣涉及其他的基坑設計。就目前來看，我國在進行軟土基坑設計時，增量的方法已經被廣泛使用，但在實際工程中，對于預應力以及相關的軟夾層問題還會常常忽視，從而在軟土基坑設計中還存在諸多的安全隱患。因此，在以后的軟土基坑設計中，對于預應力以及軟夾層要引起足夠的重視，以保證基坑的安全穩定。

【1】董立國.深圳軟土地基處理和基坑圍護設計中的若干問題[J].現代物業(上旬刊),2014（5）:66-67.

【2】陳春鳴,趙永清,李和志,張小燕.軟土基坑支護深度滑移線解研究

[J].湖南工業大學學報,2014（3）:12-15.

【3】張玉成,楊光華,胡海英,等.珠三角深厚軟土地區淺基坑支護若干問題探討[J].巖土工程學報,2014（S1）:1-11.

【4】黃茂松,王衛東,鄭剛.軟土地下工程與深基坑研究進展[J].土木工程學報,2012（6）:146-161.

DiscussiononSeveral Key Problems of Soft Soil FoundationPitDesign

Due to the particularity and complexity of soft soil, it is also to pay attention to the particularity and complexity of soft soil foundation pit engineering. In addition, it is impossible to succeed in the design of soft soil foundation pit, so it is needed to design the foundation pit engineeringaccordingto the actual situation of the engineering construction.Because the soft soil has the characteristic of high moisturecontentandgoodcompressibility,intheactualconstructionprocess,thedesignofthe foundation pit and the subsequent construction all need more technical support. In view of this situation, it is imperative to strengthen the theoretical research on soft soil foundation pit design. In this paper, according to the actual characteristics of soft soil, some key problems of soft soil foundation pit design are discussed in detail. Firstly, the supporting structure of foundation pit is analyzed in detail, and the main force and the deformation process are analyzed.Secondly, the calculationmethod of prestressed anchor cable and some problems existing in this calculation method are studied. Again, the foundation pit of the local stability of themeasurement, and calculate the carrying capacity. Finally, the calculation method for the study of doublerowpilesandonthebasisoftheoriginalsimplified.

softsoilfoundationpit；incrementalmethod；foundationstability；prestress

TU447

A

1007-9467（2016）09-0049-04

2016-06-21

河南省教育廳攻關項目（2011A170001）

閆云明（1963～），男，山西臨汾人，講師，從事巖土工程教學與研究，（電子信箱）473320079@qq.com。