某基坑m 值與被動區加固寬度相關性分析

胡峰華 張 麗 滕新保

（江蘇省工程勘測研究院有限責任公司，江蘇 揚州225000）

軟土地區基坑工程中，為保證支護結構的穩定和周邊環境的安全，一般采用排樁或地下連續墻作為支護結構。對支護結構的計算分析，通常采用“m”法[1]，在“m”法應用中，m 值（土的水平抗力系數的比例系數）的大小對支護結構的計算有極大的影響。為防止軟土地區基坑邊坡失穩，一般對坑內被動區的土體進行水泥土攪拌樁加固，加固后土體的m 值與加固體的寬度有密切的聯系。目前“m”法中m 值的選取仍然以經驗為主。本文以一個軟土地區的基坑工程實踐，運用位移反分析法算出m 值的大小，并闡述m 值與坑底加固寬度的相關關系，對基坑設計人員具有一定的參考意義。

1 工程概況

該基坑工程位于揚州市廣陵區，圍護周長約560m，基坑開挖深度約5.70m。根據勘察報告，各土層描述如下：

第①層雜填土：雜色，松散，主要成分為流塑狀～可塑狀粉質粘土、稍密狀～中密狀粉土，夾雜植物根莖和建筑垃圾等雜物，土質軟硬不均，力學強度變化較大，均勻性差。

第②層淤泥質粉質粘土夾粉土薄層：淤泥質粉質粘土，灰褐色，流塑狀，粉土，灰色，稍密狀。

圖1 3 種支護結構典型剖面

第③層粉土與淤泥質粉質粘土互層、互夾、互夾薄層：粉土，灰色，以稍密狀為主，濕～很濕；粉質粘土，灰褐色，流塑狀。

第④層粉土：灰色，以中密狀為主，局部稍密狀。

第⑤層粉質粘土夾粉土薄層：粉質粘土，灰褐色，以軟塑狀為主，局部流塑狀、可塑狀；粉土，灰色，稍密狀。各土層力學參數詳見表1。

表1 土層力學參數

為有效控制圍護結構變形及周邊環境的安全感，本工程采用SMW 工法樁+水泥攪拌樁坑內加固。基坑北側臨近三層住宅，東側臨近市政地下管線，南側和西側為空地，因此本基坑工程采用3 種典型剖面，見圖1，其中1-1 剖面坑內加固寬度4.9m，2-2 剖面坑內加固寬度3.5m，3-3剖面坑內加固寬度2.1m。

2 施工與監測

本工程基坑從5 月2 日起，至6 月25 日挖至坑底設計標高，墊層澆筑完成，7 月15 日完成底板澆筑，9 月10 日地下室結構施工至±0。

本基坑周邊環境復雜，基坑開挖過程中對支護結構變形及周邊環境變化進行了監測。監測時間為5 月1 日至12 月12 日，監測內容包括：圍護樁頂、坡頂位移監測、地表沉降監測、管線沉降監測、道路沉降監測、周邊建筑沉降監測、地下水位監測、土體深層水平位移監測[2]。下面僅對土體深層水平位移進行分析。

測 點SCWY5、SCWY10、SCWY22 分 別 對 應1-1 剖面、2-2 剖面、3-3 剖面的深層水平位移監測點。圖2 為土體深層水平位移監測結果，圖2 說明3-3 剖面的水平位移最大，最大水平位移為30.15mm；2-2 剖面占第二位，最大水平位移為22.00mm；1-1 剖面最小，最大水平位移為8.51mm。

圖2 土體深層水平位移監測結果

3 位移反分析法計算m 值

“m”法的基本前提是假定開挖側土體為離散型線性彈簧，m即為土的水平抗力系數的比例系數。目前，國內學者對各種土層的m 值進行了大量的研究，已經取得豐富的經驗，但對坑底加固土m 值的確定還處于初級階段，特別是不同坑內被動區加固寬度情況下m 值的研究還有待深入。本項目在同一基坑內不同區域采用不同的寬度進行水泥土攪拌樁加固，并在相應的位置設置了深層水平位移監測點，為研究m 值與被動區不同加固寬度的關系提供了研究基礎。

位移反分析法就是以每級開挖工況條件下實測的水平位移值的輸入為基礎，選擇“m”法為基坑圍護結構的力學模型和相應的邊界條件，組成適當的目標函數（使水平位移的計算值與實測位移誤差的平方和最小），采用最優化技術來計算所研究的土層參數m 值[3]。其中目標函數：

目標函數（1）和約束條件（2）組成了一個有約束的非線性函數，可以求得m 值的最優解。

根據上面所述的位移反分析數學模型，對本基坑3 種支護結構剖面進行了m 值反分析計算，計算出第②層淤泥質粉質粘土夾粉土薄層的m 值，詳見表2。

表2 第②層土體m 值反分析計算結果

圖3 是第②層土體m 值與坑底被動區加固寬度的關系曲線，從圖中可以看出，m 值隨加固寬度的增加而增加；當加固寬度小于3.5m 時，m 值增加較快；當加固寬度大于3.5m 時，m 值增加較慢，且趨于一個常數[4、5]。即無限增加坑內加固土的寬度，不能無限提高m 值，可以認為這個常數就是這個加固土的最大m 值。因此，在確定m 值時，在不同的加固寬度的條件下應采用不同的數值。圖3 中的曲線經多項式擬合后得到如下公式：

圖3 m 值與加固寬度的關系圖

運用該公式可以估算該場地附近第②層淤泥質粉質粘土夾粉土薄層，經水泥土攪拌樁（水泥摻入比25%）加固處理后，不同坑內加固寬度所對應的m 值，對其他類似的基坑工程有借鑒意義。

4 結論

4.1 在軟土地區采用水泥土攪拌樁加固坑底土體，可以有效地控制支護結構的水平位移和周邊環境的變化。

4.2 被動區加固存在一個最優加固寬度，當小于這個寬度時，m 值隨著寬度的增加而增加；當大于這個寬度時，m 值趨于穩定，為一常數。

4.3 使用m 法對基坑支護結構進行穩定性及變形計算時，不同的加固寬度的條件下應采用不同的數值。