软土地区采用灌注桩围护的深基坑变形性状研究

【关键词】软土地区；灌注桩围护；深基坑；变形性状；研究 

　　1.前言 

　　软土地区的地质有着明显的特点，在软土地区采用灌注桩围护进行相关施工，势必要对深基坑变形的性状进行分析研究，这样可以更好地展现出灌注桩围护的优势。本文从概述相关问题入手展开对该课题的探究。 

　　2.概述 

　　我国是世界上三大软土地基国家之一，近20年来，随着城市工程建设的飞速发展，涌现了大量的深基坑工程。在多年的工程实践中，针对我国部分地区不同的基坑工程条件，形成了相对成熟的围护型式。其中钻孔灌注桩排桩结合外侧水泥土搅拌桩止水帷幕的围护方式，由于具有施工工艺简单、质量易控制、桩径和桩距可根据需要灵活调整等优点，已成为我国部分地区深基坑工程的主要围护型式之一。 

　　部分城区建筑物密集、地下管线众多、环境保护要求高；因此，基坑支护结构除满足自身强度要求外，还须满足变形要求，从而使基坑工程的设计及施工从强度控制转向变形控制。变形控制的关键是对基坑变形性状的认识，到目前为止，虽然一些地区已有大量的灌注桩排桩作为围护结构的深基坑工程实践，但对灌注桩的变形性状尚缺乏系统的研究和总结。一些学者，基于大量工程实践对基坑的变形进行了研究，但由于基坑工程具有很强的区域特性，其他地区的有关研究成果能否直接应用于我国大部分地区的基坑工程变形预测尚有待探讨，而且支护结构类型很多，针对灌注桩的变形性状的研究尚少见报道。因此，基于我国部分地区的基坑工程实践，对灌注桩的变形性状进行系统的研究具有重要的工程意义。 

　　3.深基坑变形特性分析 

　　围护体的最大侧向变形及位置与基坑开挖深度、围护体刚度、支撑系统刚度、土质情况等因素有关，围护墙体厚度的选取和支撑的布置及两者的合理组合是控制围护体变形的关键，这综合反映在支撑系统的相对刚度中，抗隆起稳定不仅是强度控制设计中的主要方面，也是控制和估算墙体变形和地面沉降的关键因素，本节在表1工程实例统计结果的基础上就以上各方面间的关系进行分析。 

　　3.1最大侧向位移与开挖深度的关系 

　　根据国外的工程实测结果统计表明，板桩支护结构的侧移δh=1%，在有支撑的情况下δh=0.2%～0.5%H（H为基坑最终开挖深度，δh是围护体最大相对侧移），对于位于硬粘土、粉砂土中的基坑，δh=0.2%H，软土中开挖的基坑的侧向位移一般要比硬粘土和粉砂土中的要大。图1给出了最大相对侧移与开挖深度的关系，可以看到数据的离散性较大，最大相对侧移的范围为0.065%～1%。在5～12米的开挖深度范围内，围护结构以灌注桩为多，只有少数采用地下连续墙围护结构，其中灌注桩的变形比较明显的大于地下连续墙的变形。在深度大于12米之后，围护结构以地下连续墙为主，随着深度的增大，围护墙体的最大相对侧移的数据离散性降低，其数值逐步趋于中间值，大约在0.5%左右，这说明在深度增大之后，变形控制措施有所提高。同时在表1中有较多的基坑的最大侧移有很多超出了当前基坑设计规程的规定，所以关于基坑变形的控制标准仍有待进一步的探讨。 

　　3.2最大侧向位移位置与开挖深度的关系 

　　围护体的最大侧移位置与支撑系统的刚度及分布、被动区土体的性质等有很大关系。基坑开挖各阶段围护体最大侧移位置的深度普遍发生在开挖面附近。图2给出了围护体最大侧移位置（最大侧移埋深）与开挖深度的关系，可以看出围护体的最大侧向变形大都位于基坑底附近，即满足H1=H，H1为最大侧移位置的深度，同时可以看到当基坑的开挖深度较小时（即H<15m），大部分测点的最大侧向变形位于基坑底面以下，随着开挖深度的加大（当H>15m），最大侧向变形发生在坑底以上的测点的数目增加。这主要是因为在苏州地区当开挖深度较小时，坑底往往位于淤泥质粘土层中，被动区土体性质很差，坑底以上支撑刚度较大，变形容易向下发展，而开挖深度增大后，被动区的土体性质趋于良好，故围护体的最大侧向变形发生在坑底以上的可能性增大。 

　　4.基坑变形控制指标及控制值的相关问题 

　　从以上国内外部分相关规范的对比看，国内一些规范主要是基于控制围护结构产生的最大水平位移，而国内外其他一些规范则没有给出具体的围护结构变形控制值。关于变形控制指标及变形控制值问题，存在如下问题值得讨论。 

　　4.1围护结构变形模式 

　　一些标准提出围护结构墙底和墙身最大水平位移指标绝对值，也有建议按照基坑深度控制相对位移值。前者没有考虑基坑深度的影响，实际上，当基坑深度不同而围护结构最大水平位移相同时，或者基坑深度相同、围护结构最大水平位移相同，但水平位移性状不同时，其对邻近建筑物、管线及其他设施的影响程度可能是不同的。 

　　4.2基坑外土质条件 

　　坑外土质条件不同时，相同的围护结构水平位移引起的坑外地面沉降、建筑物及其他设施的沉降也可能是不相同的。在实际工程中，坑外土体的沉降与墙体的水平位移存在着一定比例关系，归一化的墙体横向位移最大值与坑外地表沉降最大值存在一定的比例关系，不同的土质条件，相同的最大墙体水平位移产生的坑外沉降是不同的，甚至存在较大的差别。因此，现有的围护结构水平位移限值的规定没有区分土质条件的影响。 

　　4.3基坑空间效应的影响 

　　由于深基坑本身是一个具有长、宽和深尺寸的三维空间结构，其变形与土体的性质、基坑的形状与尺寸、支护系统的刚度等因素紧密相关，因而基坑工程是一个复杂的三维空间受力和变形问题。因此，相同的最大基坑支护结构位移条件下，因基坑平面形状不同，对坑外土体位移的影响也会不同，从而对建筑物、地下管线的影响也不同。 

　　4.4附加变形的影响 

　　在软土地区，基坑止水帷幕（水泥搅拌桩）、地下连续墙成槽施工均可能引起基坑外邻近建筑物的可观沉降，基坑开挖前的降水也可能引起围护结构的水平位移，因此，不考虑基坑围护结构施工阶段的影响而制定的围护结构变形控制指标和控制标准显然有可能是偏于危险的。 

　　5.几点结论 

　　（1）灌注桩的最大侧向位移随着开挖深度的增加而增大，所有基坑的最大侧向位移基本介于0.1%H和1.0%H之间，平均最大侧向位移为0.44%H。钢筋混凝土支撑和钢支撑在控制墙体的变形上没有明显差别。最大侧向位移的深度位置基本介于H?5m～H+5m的范围内。（2）灌注桩无量纲化最大侧向位移均随着支撑系统刚度的增大而减小，且基本分布于Clough所给出的Fs=1.1的曲线和Fs=3.0的曲线之间的范围内。（3）灌注桩的最大侧向位移随着墙底以上软土厚度的增加而增大，但与插入比及坑底抗隆起稳定系数之间并无明显的关系。（4）墙顶侧向位移随着首道支撑位置深度的增加而呈现出指数增长的趋势，而灌注桩的最大侧向位移与首道支撑深度位置无明显的关系。 

　　6.结语 

　　通过对软土地区采用灌注桩围护的深基坑抗变形性状的研究，我们可以发现，在我国大面积的软土地区中，要想更好地采用灌注桩围护，并使其发挥最佳效果，就必须对其深基坑变形的性状进行深入研究分析。希望本文的研究，能对相关方面的实践起到积极作用。 

　　参考文献 

　　[1]林应清.钻孔灌注桩在深基坑围护结构中的应用[J].建筑施工，2010年，第20期：8-11. 

　　[2]赵锡宏，陈志明.高层建筑深基坑围护工程实践与分析[C].上海，同济大学出版，2011年. 

　　[3]李永盛.钻孔灌注桩围护结构的变形实测研究[J].建筑施工，2012年，第17期