反压土在基坑支护中的实际运用

2021-01-09钱玉林李晨楠蒋邵轩

建材与装饰 2021年1期

颜晨，钱玉林，李晨楠，徐扬，蒋邵轩

（扬州大学，江苏扬州 225000）

0 引言

随着地面高层地下多层建筑的建设，相当多类型的基坑运用在了工程建设中，大规模开挖的基坑也逐渐多了起来。这使基坑工程得到了飞速的发展，多种形式的支护方式的理论不断完善，与此同时实际工程中也出现更多的支护类型，基坑底部留出部分反压土的支护形式便应运而生。当基坑开挖面积较大时，为了保证支护结构的稳定性，必须架设大面积的内支撑系统，内支撑系统的布置与拆除需要大量的资金投入与时间，进而影响整体工程的造价与工期。因此造价低廉且作用效果明显的基底留设反压土的支护方法应运而生。使用留设反压土法处理地基，可以就地取材，施工方便，不需要特殊机械进行处理，因此在工程造价方面可以省去一大笔开支。由于留设反压土法经济实用，故越来越多的基坑工程选择此法。

1 反压土作用机理

竖向变形在基坑开挖过程中经常出现，反压土一般发挥了两个功能：①土体受到的竖向应力，在反压土自重应力的荷载下，明显增大。削弱了因为土体开挖产生的卸荷效应，使基坑底的回弹土变得更少。在此影响下，基坑底部的抗隆起稳定性有一个显著的加强；②在基坑内反压土的荷载作用下，坑内土体对支护结构会有一个水平荷载。

支护结构的效果显著增强，其水平位移会减小，基坑外部的地面沉降也会随之减少。图1 是根据土堤（坝）自重应力的计算。从而得出，在工程建设中存在反压土时，基坑支护的情形。首先假设在反压土中，有部分自重应力被看作为梯形的分布形式。再采用面积等效的类似计算方式，把梯形分布的应力荷载等效近似为一个矩形分布。在有限元软件的分析后，对矩形分布荷载进行模拟，然后与梯形分布荷载进行比较。在这两种不同情况下，分析表明在l 范围内，坑底回弹量与实际比较，基本一致。且在采用矩形分布荷载计算中，计算结果比较后，表现更加保守。图1中反压土底部的自重应力p0等效计算公式：

需要特别提出，在基坑开挖这个过程中，基坑底部回弹隆起区域出现在基坑底部周围，因此要注意基坑回弹隆起的控制区域。在对反压土自重应力进行计算时，必须要将一因素考虑进工况中——反压土底部附近存在的自重应力，即按公式（1）计算。

图1 反压土作用计算

2 基于实际工程的案例参考

2.1 工程概况

在此次工程设计中，采用一级放坡，然后打入钢板桩，这一支护形式。设计在在西侧部分地段；在南侧局部地段，采用一级放坡和钢板桩，并且留置反压土，这一支护结构；其余各侧采用的是三级放坡支护这一形式，坡比1:0.80～1:1.00 这一设计区间，放坡支护结构方案在局部坑中坑等落深处也进行运用。

表1 渗透系数统计

2.2 地质情况与水文条件

2.2.1 工程场地条件

经勘察查明，各土层表现为如下性状：

第①层为杂填土：土质成分不均匀，性质不是很良好。在此土质中，力学强度有较大差距。该层场地土质均匀，土层厚度在0.50～2.50m 之间，土层厚度平均为1.08m，土层底面平均标高4.71m。

第②层为粉土：土质局部为灰黄色，越往下部，图层颜色渐变为灰色，土质表现为中密至密实，含水表现为湿到很湿，粉砂含量较少、粉质黏土会局部出现在土质当中。土质普遍分布，层厚1.90～4.00m，平均地层厚度3.04m，土层的底部标高1.67m。

第③层为粉砂夹细砂：土质颜色为灰色，土质密度中密，相对饱和，石英、黑色矿物及少量云母大量分布在土质当中。场地地质分布比较均匀，层厚度11.10～15.50m，平均层厚度为12.97m，土层底部高度-11.30m。

第④层为粉砂夹粉土：土质颜色表现灰色，粉砂含量较多，中密，局部较为密实，饱和；在粉土中，土质表现为稍密至中密，湿度逐渐变湿，土质分布均匀，土层有2.50～7.60m 不等的厚度，平均土层厚度为4.09m，底部的标高-15.39m。

第⑤层为粉砂夹细砂：灰色在土质中较为明显，土质密度中密，局部土质密实，颗粒外观呈现为亚圆～棱角状，级配不是很良好，薄层粉土在局部会有表现。该层土质分布较为均匀，层厚1.70～23.30m 不等，平均地层厚度为18.38m，层底标高为-33.77m。

2.2.2 场地的水文地质

在第①～⑤层土中，以孔隙潜水为主。通过勘探得知，地下水位埋藏标高4.50～4.60m。大部分为大气降水渗入地下，同时也有地表水对地下水补充。水的流逝主要是因为蒸发。地下水常年变化范围自然地面以下0.50～2.50m，近3—5 年及历史最高水位埋深（自然地面以下）0.0m。由于微承压水的水头埋深高于地下室底板，须考虑承压水对基坑施工产生的不利影响。

土层渗透系数室内试验值见表1。

2.3 基坑工程支护方案设计计算

（1）基坑支护方案选取。通过总平面图、基础图、地质条件，周边建筑物分布情况以及基础型式，从而确定本工程基坑支护方案。依据相关规范设计要求，本工程地下室基坑西南侧地段采用钢板桩支护方案；西南侧局部采用反压土+钢板桩支护方案。其中钢板桩采用拉森钢板桩，型号为拉森Ⅳ型，尺寸为400mm×170mm×15.5mm，长度为90m，反压土坡比为1:0.80～1:1.00。

（2）采用瑞典条分法来对稳定性进行一个初步计算，反压土+钢板桩支护稳定性的计算方法主要依据为《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120—2012）》。

通过计算结果分析得出，反压土+钢板桩支护时边坡整体稳定安全系数值Ks 最小为1.642，己经大于《建筑边坡工程技术规范》中规定的最小安全系数1.2，符合设计规范。故根据《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120—2012）》，来对该基坑工程在边坡稳定状态下，运用瑞典条分计算方式，对钢板桩这一支护形式，进行稳定性的相关计算。

根据计算结果得出，钢板桩支护时边坡整体稳定安全系数值Ks 最小为1.497，己经大于《建筑边坡工程技术规范》中规定的最小安全系数1.2，满足设计要求，故该基坑工程边坡处于稳定状态。

2.4 基坑监测

从监测结果中得出，在9 月28 日时，西侧钢板桩支护的水平位移为60.8mm，而反压土+钢板桩支护的水平位移为14.7mm，二者相差45.1mm，反压土作用效果明显；本工程在9 月12 日时基坑开挖基本完成。通过监测可知，西侧钢板桩支护的坡顶位移在基坑开挖完成后，水平位移仍在继续增加，且增加幅度较大，为6.4mm；反压土+钢板桩支护的坡顶位移随时间变化幅度较小，仅为0.5mm。本工程于8 月19 日开始进行钢板桩下部开挖并于9月12 日完成，从监测点可以看出，在钢板桩的支护形式中，桩顶位移为147.6mm。而在反压土与钢板桩结合使用后，桩顶位移减少到了95.6mm，减小了52.1mm。