基坑支护工程中理论土压力值与实际土压力值分析研究

姜凤飞 陈玉新

摘要：传统常用理论土压力值计算方法主要是基于郎肯-库伦土压力理论，然而这两种计算土压力值的方法都是建立在一定假设条件下才成立的。因此，在实际工程条件下土压力值的大小常常并非是这两种假设条件下的土压力值，而且往往是理论值远大于实测值。

关键词：土压力 理论 实际

1. 引言

在深基坑支护结构设计中，不能单纯的套用库仑或郎肯土压力理论计算公式。当土体进入极限平衡状态后发生再变位，尤其当被动侧极限平衡状态后也发生了再变位，此时的主动被动土压力都不能满足实际状态下的土压力值，因此极限土压力理论不能简单的套用在动态变化的工况条件下，因而极限土压力理论的弊端就显而易见了。本文针对基坑开挖过程中的动态变化过程，通过理论计算土压力值与监测数据土压力值进行对比分析，得出实测值均小于理论值。

2. 工程实例

2.1工程概况

本文依据佛山某商务小区基坑工程，设三层地下室，采用灌注桩基础。基坑呈长方形尺寸，约260×160m，基坑支护周长约900m，三层地下室基坑开挖深度-15.10m，局部挖深达-18.40m。

根据勘察揭露，基坑支护范围内土层详见表2.1。地质报告反映出淤泥质土层、淤泥质土夹粉细砂层厚度较大，是该基坑支护工程土压力计算的重点土层。

综合开挖深度、地质条件，周边建筑管线条件，本基坑拟采用“放坡+双排桩+桩撑”形式进行支护，止水措施采用搅拌桩封闭止水，具体详见剖面图2.1。

表2.1 土层参数表

层号 岩土名称 湿密度

ρ（g/cm3） 粘聚力

c（kPa） 内摩擦角φ（0） 岩土体与锚固体粘结强度值（kPa） 厚度范围（m） 平均标贯击数

<1> 素填土层 1.85 11.0 9.0 21 1.71～6.61 7.3

<2-1> 淤泥质土夹粉砂 1.76 6.0 7.0 12 0.81～10.21 2.3

<2-1> 淤泥质土层 1.67 7.0 7.0 11 0.81～21.91 2.2

<2-4> 粉质粘土层 1.95 14.0 12.0 31 0.51～6.11 10.5

<3-1> 粉细砂层 1.86 0 27.0 42 0.61～7.71 11.4

<3-2> 中粗砂层 1.95 0 29.0 53 1.31～7.31 17.5

图2.1 基坑支护剖面图

2.2土压力理论计算

本基坑分为三级开挖支护，基坑外侧土压力在开挖过程中采用主动土压力进行计算，开挖至基坑底后按静止土压力进行计算；基坑内侧土压力按郎肯理论进行计算。开挖范围内土层参数详见表2.1所示，地下水位高度取地面下1m，地下水位以下素填土层及砂层采用水土分算方式进行土压力计算，其他粘性土层均采用土压力合算方法计算。

依照各分级段上监测点位置（具体布设位置详见图2.1）深度范围内每3米作为土压力计算点，可知1#、2#、3#监测点不同深度的土压力计算值为：表2.2～表2.4所示。

表2.2 1#孔土压力理论计算值

5 8 11 14 17 20

1#土压力（MPa） 0.13 0.178 0.217 0.239 0.27 0.129

表2.3 2#孔土压力理论计算值

3.5 6.5 9.5 12.5 15.5 18.5 21.5

2#土压力（MPa） 0.108 0.157 0.200 0.223 0.254 0.193 0.184

表2.4 3#孔土压力理论计算值

9.1 15.1

3#土压力（MPa） 0.048 0.121

3. 监测数据结果及分析

3.1土壓力监测点布置及监测数据结果

土压力监测点依照各分级段上监测点位置1#孔、2#孔、3#孔（具体布设位置详见图2.1）进行了6次土压力监测，监测结果为表3.1所示。

表3.1 土压力监测结果

孔号 深度/m 理论计算/Mpa 第1次监测 第2次监测 第3次监测 第4次监测 第5次监测 第6次监测

1 5 0.13 0.034 0.087 0.089 0.093 0.094 0.094

8 0.178 0.043 0.045 0.04 0.041 0.041 0.041

11 0.217 0.064 0.052 0.036 0.04 0.034 0.03

14 0.239 0.112 0.106 0.093 0.093 0.087 0.083

17 0.27 0.139 0.124 0.108 0.108 0.103 0.1

20 0.192 0.179 0.171 0.159 0.153 0.146 0.144

2 3.5 0.108 0.022 0.029 0.029 0.03 0.03 0.03

6.5 0.157 0.04 0.04 0.036 0.037 0.035 0.034

9.5 0.2 0.06 0.052 0.036 0.042 0.039 0.037

12.5 0.223 0.095 0.108 0.093 0.101 0.099 0.097

15.5 0.254 0.133 0.115 0.096 0.095 0.089 0.087

18.5 0.193 0.149 0.14 0.126 0.125 0.118 0.116

21.5 0.184 0.197 0.188 0.174 0.167 0.159 0.156

3 9.1 0.048 0.058 0.051 0.032 0.035 0.031 0.028

15.1 0.121 0.096 0.078 0.054 0.055 0.047 0.041

圖3.1 1#孔土压力散点图 图3.2 2#孔土压力散点图

图3.3 3#孔土压力散点图

3.2土压力监测数据结果分析

1#测试孔、2#测试孔、3#测试孔土压力测试曲线值基本大于理论土压力（仅3#测试孔口8米深度位置时大于理论土压力值），说明实际土压力小于理论计算值，约为理论土压力值的40%；土层部分土压力随孔深基本成线性增加，与理论模型基本一致，1#孔孔口实测土压力与理论土压力值相差较大，可能由于孔内回填砂时压实所致。

当钻孔深度超过16米，进入中风化泥质粉砂岩后，理论土压力出现拐点，土压力骤降，而实测值土压力仍然成线性增加，主要原因是钻孔内充填了砂及水，在上部压力及水压作用下，土压力仍然成线性增加。

4. 结论

土压力测试曲线位于理论土压力曲线的左侧，随深度基本成线性分布，实测土压力值小于理论土压力值，且实际平均约为理论计算值40%左右，这将对后期类似地区基坑设计时土压力取值发挥重要作用。

4.1双排桩土压力分布结果

1#、2#测试孔，两个孔测试结果除孔1#孔孔口土压力偏离外，两个测曲线形态基本一致，且各期平均土压力大小也基本相同，说明双排桩支护体系中两排桩土压力基本相同。

4.2 -11.10米以下三级支护处和重力式挡墙处土压力区别

三级支护处试孔土压力相对较大，而重力式挡墙试孔同样深度时土压力相对较小。即距离负二层支护体系近则土体对支护结构压力较大，远离负二层支护体系土压力较小，但两者没有明显差别。

参考文献

[1]中华人民共和国标准. 建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）.北京：中国建筑工业出版社，2012

[2]中华人民共和国标准. 建筑地基基础设计规范（GBJ5007-2011）.北京：中国建筑工业出版社，2012

[3]张有良.最新工程地质手册.中国知识出版社.2006.06