软土基坑被动区加固的施工影响分析

软土基坑被动区加固的施工影响分析

王恒力

佛山市龙光骏绅房地产有限公司 佛山 528061

摘 要：大量研究表明被动区加固能够有效地减小支护结构的水平变形，但当前很多工程出现先施工支护桩后施工被动区加固，支护结构的变形过大的情况，本文采用有限元模拟分析该种情况，希望能够为后续工程提供借鉴。

关键词：软土基坑；被动区加固；有限元；

1引言

随着我国社会经济的飞速发展，当前房地产工程开发已进入资金高速周转时期，项目开发已成为一场与时间的赛跑，然而基坑工程由于施工周期长，尤其是软土的基坑工程。现场一线为了缩短施工周期，常常多工作面同步施工支护桩、止水帷幕桩、被动区加固桩，以节省施工周期，而没有按照设计要求的施工顺序开展施工，被动区加固与支护桩之间存在间隙，无法正常发挥支撑作用，最终造成基坑支护结构变形过大[1] 。因此，研究软土基坑坑内被动区加固的施工影响分析成为一个具有重要意义的课题。

2工程概况

2.1工程介绍

工程项目位于佛山市高明区，地块平面大致呈矩形。拟建建筑基坑大致呈矩形，南北向最大尺寸约150m，东西向最大尺寸约160m，周长约610m，基坑开挖深度为3.3m～4.7m。

基坑支护形式主要有三种：1、顶部1m放坡+∅600@900预应力管桩+3.6m宽3.0m深普通搅拌桩被动区加固；2、放坡+松木桩+3.6m宽3.0m深普通搅拌桩被动区加固；3、双排灌注桩∅1000@1200，具体位置见图1和图2 。

图1 总平面图

图2 基坑支护结构关系剖面图

2.2工程地质及水文地质情况

据钻探揭露，场地地层按地质成因自上而下分层描述如下：

（1）第四系人工填土层（Q4ml）

①-1层，砼：灰白色，由水泥和碎石组成分布连续，揭露厚度0.20～0.40m，平均厚度为0.33m；

①-2层，素填土：灰褐色，松散，饱和，主要有砂，碎石和黏性土组成，由人工筑填。除JK21外，其它钻孔均有揭露，分布连续，揭露厚度1.30～4.60m，平均厚度为3.08m；

（2）第四系冲积层（Q4al）

②-1层，淤泥质黏土：黑色，饱和，流塑，主要成份为黏粒，含有机质，具腥臭味，韧性及干强度低，切面稍有光泽，含少量砂粒，有机质含量2.12～3.72%。揭露厚度1.40～18.80m，平均厚度为7.5m；

②-2层，粉质黏土：灰白色，可塑～硬塑，主要由黏粉粒组成，韧性、干强度中等，局部含少量砂粒。连续性一般，揭露厚度1.30～14.00m，平均厚度为5.33m；

②-3层，中粗砂：灰黄、灰白色，饱和，稍密、中密，主要由石英为主，底部见少量碎石，砾砂参杂。局部见胶结现象，形成硬层。分布连续性差，揭露厚度2.20～5.00m，平均厚度为3.26m；

②-4层，粗砾砂：灰黄色、灰白色，饱和，中密，主要由石英为主，底部见少量碎石，砾砂参杂。分布连续性差，揭露厚度1.40～5.40m，平均厚度为3.97m；

（3）残积层（Qel）

③-1层，粉质黏土：灰色，可塑，主要由粉黏粒为主，切面较光泽，干强度、韧性中等，含少量砂粒，底部见少量碎石，砾砂参杂。连续性一般，揭露厚度1.60～11.80m，平均厚度为5.25m；

（4）基岩层（C1ds）

场地下伏基岩为石炭系大赛坝组泥质灰岩层，根据岩石的风化程度划分，本次钻探揭露全、强、中风化三个岩带，其岩性特征分述如下：

④-1层，全风化泥质灰岩：灰黄色，局部可见原岩结构，岩芯呈硬土柱状，散体状，遇水易崩解。连续性差，揭露厚度1.20～10.70m，平均厚度为4.51m；

④-2层，强风化泥质灰岩：灰白色，隐晶质结构，块状构造，节理极发育，岩芯呈半岩半土状，块径约0.5-4cm。

场地水层水位埋深约在1～3m，受季节影响大；施工期间测得场地稳定水位（承压水位），埋深为1.00～2.55m（标高0.75～2.35m），地层相关参数如表1所示。

表1 岩土层材料参数

3 有限元数值模拟分析

本文主要为模拟研究先施工被动区加固后切削施工支护桩与先施工支护桩后施工被动区加固对支护结构变形的影响，因此选取“顶部1m放坡+∅600@900预应力管桩+3.6m宽3.0m深普通搅拌桩被动区加固”的支护形式做为有限元模型研究对象，地层选取对应支护结构钻孔简化而得，即地层自上而下为：素填土、淤泥质黏土、中粗砂、粉质黏土、全风化泥质灰岩、强风化泥质灰岩，如图3所示。

根据地质情况、基坑的开挖深度与支护结构的嵌固深度关系，选取的模型X边界为基坑支护结构的外边线外3～5倍基坑深度范围，Z边界为支护桩桩底以下3～5倍基坑深度，最终确定分析模型的大小（长×高）为50m×35 m。

计算模型的边界条件设定为: 底面约束Z 方向位移，侧面约束X反向位移，顶面保持为自由面。

在模型顶面除基坑开挖范围内，考虑20kN/m²地面活动荷载。

本次分析的计算模型采用修正摩尔库伦模型[2]，该模型能够较好的模拟包括岩石和土体在内的颗粒材料。

根据基坑支护设计图与基坑施工的工况，建立二维有限元模型，本文通过以下几种形式模拟支护桩与被动区加固桩的先后施工与距离的情况，如表2所示，并对基坑施工工况进行模拟计算：

工况一：施工支护结构；

工况二：土方第一次开挖至放坡平台；

工况三：施工混凝土冠梁；

工况四：土方第二次开挖至基坑底，如图4所示。

通过对比工况四：土方开挖至基坑设计标高后支护结构的变形与坑底土体的隆起情况，研究被动区施工顺序对支护结构变形的影响。

表2 分析模拟形式

素填土

淤泥质黏土

中粗砂

粉质黏土

全风化灰岩

强风化灰岩

图3有限元模型图（开挖前）

图4有限元模型图（开挖后）

表3最大位移变化汇总表（mm）

注：“+”表示位移向基坑内或向上发展；

“-” 表示位移向基坑外或向下发展。

通过以上表3有限元分析结果，由模拟1与模拟2对比可知被动区加固能够大大减小基坑支护的水平变形[3]；由模拟1-4对比可知当支护桩与被动区加固之间存在间隙时，被动区加固将无法有效地为支护结构提供抵抗反力，使得支护结构变形增大，且当间距增大大到一定程度后被动区加固基本无法提供抵抗力，但能减小基坑底部的隆起变形。

4 结语

通过上述对被动区加固土体施工顺序对支护结构变形影响的模拟分析，提出以下几点建议，希望能为以后类似工程实践提供经验借鉴：

（1）对于软土地区的基坑工程，搅拌桩被动区加固能够有效地为支护桩提供抵抗反力，减小支护结构的水平位移变形。

（2）被动区加固必须先施工，支护桩后切削部分加固桩体施工，以保证加固土体有效地支撑支护桩，提供抵抗反力。

（3）对于已先施工支护桩后施工被动区加固搅拌桩的情况，建议在间隙位置补打一排旋喷桩，以使得被动区加固土体与支护桩紧贴，起到提供抵抗反力的作用。

参考文献(References)

[1] 苏云斯. 软土基坑被动区加固的受力机理分析[D]. 华南理工大学, 2013.

[2] 胡科. 下卧海相沉积软土环境下深基坑开挖变形特性及控制研究[D].

[3] 杨波、谭勇、徐长杰. 坑底加固模式对软土深基坑变形的影响[J]. 兰州理工大学学报, 2020, v.46;No.205(05):124-129.

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