软土基坑蠕变效应的工程实例分析

倪 欣，徐书平，霍晓苏，涂 耀，左 磊

(武汉工业学院土木工程与建筑学院，湖北武汉430023)

软土是一种复杂的工程材料，其特殊的物质成分和复杂的结构决定了软土复杂的工程特性。在过去的土力学［1］研究中，土体被假定为弹性体，后来逐步发展到把土体作为一种弹塑性体来进行研究。但是，无论是作为弹性体还是弹塑性体考虑都不添加时间因素，即假设变形是瞬时完成的。然而在工程实践中，基坑设计使用时间往往较长，实际变形情况与设计并不完全相符，因此工程中的时间因素也是很重要的，比如软土的蠕变［2-4］效应就不能不予以考虑。

1 基坑维护的设计方案与监测

1.1 工程概况

武汉中心位于武汉王家墩中央商务区财富核心区西南角，紧邻规划中的梦泽湖。武汉中心占地约2.81公顷，总建筑面积359270.94 m2，其中，地上建筑面积272652.53 m2，设置1300个机械式停车位，建筑高度438 m，层数为88层。

该工程的基坑平面如图1所示，自地表以下的土层分布如表1所示。

图1 武汉中心基坑平面图

表1 场地土的物理指标

本工程±0.000 m=23.100 m，目前自然地坪设计相对标高约-1.200 m，基坑开挖深度17.8 m。本基坑工程场地水文地质条件复杂，工程场区原为武汉王家墩机场，场地周边及地下均无明显建(构)筑物。

1.2 设计方案与施工

本工程经综合考虑确定支护方案如下。

基坑EABC段侧标高-5.900 m以上采用SMW工法［5-6］桩悬臂支护，局部增设两排竖向花管;标高-5.900 m—-13.000 m采用1∶1.5卸土放坡，局部淤泥质粉质粘土采用水泥搅拌桩加固，坡脚冠梁顶设置2 m高挡墙，堆码沙袋进行反压;在-13.000 m—-19.700 m处，采用桩径1000 mm、桩间距1200 mm的钻孔灌注桩外加一道预应力锚索支护，支护结构如图2所示。

图2 武汉中心EABC段剖面图

基坑CDE段红线外为业主后期开发用地，且场地较为开阔，基坑拟采用一级SMW垂直及二级放坡卸土至 -10.000 m，卸土宽度33 m，结合桩径1000 mm、桩间距1200 mm的钻孔灌注桩外加一排预应力锚索的围护结构，支护结构如图3所示。

图3 武汉中心CDE段剖图

基坑挖土遵循先撑后挖的原则，盆式、分层、抽条、对称开挖。土方开挖过程中，尽量缩短基坑无支撑暴露时间。土方开挖过程中保证上层锚索强度达到设计强度后才进行下一阶段的土方开挖。

1.3 变形监测与结果

为保证基坑工程的信息化施工，本工程做了基坑现场监测，监测点布置如图4、图5所示，部分测点水平位移如图6、图7所示，桩体位移如表2所示，侧斜结果如图8、图9所示。

图4 武汉中心位移与沉降监测点平面布置图

图5 武汉中心侧斜监测点平面布置图

图6 A1-1—A25-1水平位移监测结果

图7 A1-2—A25-2水平位移监测结果

图8 C3-1测斜监测结果

图9 C3-2测斜监测结果

表2 桩体水平位移监测结果

2 基坑变形特征分析

一级平台下设计搅拌桩加固时，只起到局部抗滑挡淤的作用［7-8］，对位于搅拌上部的软土的变形没有约束，这是设计加固时没有考虑基坑局部稳定性(即一级平台的变形)对工法桩的变形的影响。

根据变形观测结果及典型地质剖面的力学性质，对基坑周边各部位变形特征分析如下。

2.1 工法桩锁口梁变形观测结果

①北边锁口梁：变形稳定。

②东边基坑近北端，有蠕变变形，其中A6-1、A7-1、A8-1有变形;其中A8-1最大。

③东南锁口梁：变形继续，最大为5 mm/d。

④西南：无变形。由于永久车道所在，形成反压，无变形。

2.2 工法桩下平台水平位移观测结果

基坑北面，即A1-2—A5-2，稳定。此平台无变形。

基坑东面，即A6-2—A9-2，根据观测结果，最大变形为2 mm/d，表明平台不稳定，继续发生蠕变变形。

2.3 钻孔灌注桩观测结果

根据观测结果，目前桩的变形在允许范围以内。由于桩前土还没有开挖，此值只能说明上部土层的缓慢变形对桩端的影响。可以推测出，若桩前土进行开挖，桩端由于应力释放，会继续变形。

2.4 基坑测斜成果分析

①北侧：北边大部地段稳定，变形较大的地段为北边靠东端，即测点C3-1/C3-2所在地段。

基坑外侧变形特点：变形不符合基坑变形特点。从变形曲线上推断，工法桩从地表下5 m至7.5 m，发生了较大的水平滑移变形，证明工法桩已发生破坏。

工法桩下平台(一级平台)变形，属典型的基坑开挖造成应力释放，在主动土压力的作用下的变形。

②东边：此段是目前重要点进行控制的地段，基坑顶面垂直变形超过30 cm。水平变形在基坑顶的测点变形与工法桩下平台变形特征明显不一致。坑顶测量所反应的位移矢量方向向下为主：即垂直方向变形分量大于水平方向的变形分量，表明土层出现滑移变形，与边坡的位移矢量特征一致。而工法桩下平台的变形，是水平方向矢量大于垂直方向矢量，这与基坑变形的位移矢量特征一致。

③东南侧：南侧变形与基坑位移矢量特征一致。水平方向矢量大于垂直方向矢量的变形。

④西南侧：目前停止了相应的基坑开挖活动，数据无。

⑤西侧：为永久车道，目前稳定。

3 基坑变形机理分析与结论

根据上述分析，由于一级平台主要由软土组成，基坑开挖出现向基坑内的蠕变变形，导致工法桩前的被动抗力降低，从而加剧工法桩的变形。另外，由于基坑开挖，旁侧荷载降低，导致地面下7.6 m以下软土承载力下降，产生过大的水平位移与垂直向变形，使工法桩桩前土产生滑移趋势的变形。

对基坑北边东端，变形机理与基坑东侧相同。基坑其他地段的变形机理，也与基坑东侧变形机理一致。

综上所述，由于软土变形较大，基坑设计计算中的参数对于软土部分而言，存在一个强度衰减。基坑用弹性或弹塑性的计算方法设计时，有时会与实际工况不相符。特别是对于大型工程，基坑暴露时间较长的情况，存在计算结果与实际结果差异偏大的问题。因此，了解软土的蠕变规律，在土的本构模型中加入蠕变性，合理选取基坑设计计算中的参数，对于软土深基坑工程显得非常重要。

［1］ 郭莹，郭承侃，陆尚谟.土力学［M］.第二版.大连：大连理工大学出版社，2003.

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