紧临重力式挡土墙基坑设计计算研究

2018-09-10吴巍巍彭文祥

河南科技 2018年7期

吴巍巍彭文祥

摘要：本文利用理正深基坑软件对工程实例分别建立实际模型和等效荷载模型，模拟基坑开挖过程，将计算结果进行对比分析，得出采用等效方法进行设计计算时基坑偏于不安全，且等效时会忽略挡土墙与其背后土体的重度差异影响等结论，以期为类似基坑支护设计计算提供参考。

关键词：重力式挡土墙；基坑支护；重度差异

中图分类号：TU457 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）07-0122-02

The Study on Design and Calculation of Foundation Pit Close

to Gravity Retaining Wall

WU Weiwei1，2 PENG Wenxiang1，2

（1.School of Geosciencesand Info-Physics， Central South University ，Changsha Hunan 410083；2.Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring（Central South University），Ministry of Education，Changsha Hunan 410083）

Abstract： We used Lizheng foundation pit software to establish the actual model and the equivalent model in this paper respectively， simulated the excavation process of foundation pit， and compared the simulation results. It was concluded that the foundation pit was unsafe when the equivalent method was used for the design and calculation， and the serious difference between the retaining wall and the soil behind the soil was ignored when the equivalent method was used. The conclusion provided reference for similar design and calculation of foundation pit support.

Keywords： gravity retaining wall；foundation pit support；severe difference

隨着城市的大规模建设，土地资源越来越稀缺，深基坑越来越多，城市高层建筑物一般是建在建筑物密集、人口稠密的地区[1，2]，基坑与既有建筑物之间的距离很小，有些甚至紧贴既有建筑物基础进行开挖。在实际工程中，经常遇到深基坑附近存在既有的重力式挡土墙，有时深基坑边缘距离挡土墙仅1m左右，在如此边界场地下开挖基坑，若设计、施工不当或保护措施不力，会导致挡土墙和基坑支护结构被破坏，从而造成重大生命财产损失。对此类边界基坑，目前通常是将挡墙及其背后土体等效为均布荷载作用在基坑顶水平面上，用朗肯土压力计算公式进行设计计算，但这种方法难以准确反映开挖过程中挡土墙与基坑的相互影响。本文运用理正深基坑软件对实际模型及等效荷载模型进行计算，得出此类边界基坑支护时仅仅将重力式挡土墙等效为竖向均布荷载弱化了挡土墙及其后土体对基坑的实际影响。

1 工程简介和计算模型

1.1 工程概况

拟建澳洲商业广场基坑位于长沙市劳动广场东南角，现金帝大酒店西南侧，场地南侧形成5.90～10.80m高的边坡，20世纪70年代砌筑有重力式麻石挡墙，现处于稳定状态，挡墙底标高45.2m，拟建建筑设三层地下室，开挖底标高为29.2m。基坑开挖深度约为12～21m。

1.2 地层岩土工程条件

根据钻探揭露结果，场地内分布的地层主要有人工填土层、第四系新近沉积层、第四系冲积层及残积层，下伏基岩为第三系含砾泥质粉砂岩。

1.3 地下管网

场地临近马路及生活小区，基坑西面、南面基坑深度范围内有管线，施工时注意避开，不得损害。

1.4 水文地质条件

主要为赋存于杂填土、淤泥质粉质粘土中的上层滞水，受大气降水及地下水的侧向补给，水量小，地下水水质对砼结构不具腐蚀性。本文不考虑地下水作用。

1.5 基坑支护

我们选择基坑南侧进行研究，该段顶部紧邻挡墙，挡墙高6m，基坑总深度为19.6m，该段岩土体力学参数见表1。在已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上，经过多种支护方式的对比，最终采用桩锚支护。

1.6 设计计算

运用理正深基坑软件进行设计计算，采用两种计算模型。第一，等效模型，将挡土墙及其背后土体等效为荷载作用在基坑顶部；第二，实际模型，紧临重力式挡土墙的基坑模型，对两种模型计算结果进行分析比较。

1.6.1 等效模型计算结果。桩径1.5m，桩间距为2m，采用C30混凝土浇筑，腰梁尺寸为300mm×450mm，桩间土喷射C20混凝土厚100mm。基坑采用五排锚索水平间距2m，水平倾角15°，锚索参数详见表2。

1.6.2 实际模型计算结果。桩径、桩间距及锚索水平间距与上述相同。锚索参数详见表3。

通过表2与3可知，紧临挡墙的实际模型计算结果前四排锚索均比等效模型长，尤其是锚固段长度，比等效模型分别长了4、2.5、2、1m，锚索内力也稍大，五排锚索内力比等效模型大了3.79%～76.58%不等，越靠近桩顶，差别越大。此外，从表中我们不难发现，实际模型锚索的自由段长度比等效模型稍大，说明实际模型的潜在破坏面更深一些。

锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，其嵌固深度还需满足以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性要求。Kr为以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数。

等效模型计算结果（以最下层支点为轴心的圆弧条分法计算）为：

Kr=2.206≥2.200 （1）

由式（1）可知，圆弧滑动稳定性满足要求。

实际模型計算结果（以最下层支点为轴心的圆弧条分法计算）为：

Kr=1.794<2.200 （2）

由式（2）可知，基坑圆弧滑动稳定性不满足要求。

因此，将上部挡墙及其背后土体等效为荷载计算时，弱化了挡墙及土体对下部基坑的影响，是偏于不安全的，设计计算时应适当增大锚杆长度，尤其是受影响较大的上部支护段，并适当增加桩长，否则基坑可能绕最下层锚杆支点圆弧滑动破坏。

另外，将挡土墙及其背后土体等效为荷载进行基坑设计时，经常会忽略挡土墙与背后填土重度差异，而直接按墙后土体来等效为相应竖向荷载，此时未考虑等效荷载的精度问题。基坑支护设计时，应考虑到此差异造成的影响，适当增大受影响较大的上部支护段锚索的长度。

2 结论

①紧临重力式挡土墙基坑进行支护设计时，按照传统做法仅将挡土墙及其背后土体等效为竖向均布荷载作用于基坑顶水平面上，未完全考虑挡土墙及其背后土体对支护结构的影响，不能满足变形控制要求，基坑偏于不安全。

②等效计算时，应考虑到挡土墙与土体的重度差异影响。此外，还应验算上部挡土墙稳定性（若不满足稳定性要求，需对上部挡土墙进行加固处理）。