深厚软土深基坑支护结构变形的实测与分析

深厚软土深基坑支护结构变形的实测与分析

陈益军1周健2

1、常州市武进区建设工程施工图设计审查中心江苏省常州市213000

2、常州市中元建设工程勘察院有限公司江苏省常州市213000

摘要：为探讨深厚软土地区深基坑开挖基坑支护结构变形及周边土体的位移特性。以龙海某深厚软土深基坑支护工程为例，通过有效的监测手段，确保了施工过程中深基坑及周边环境安全可控，并对监测数据进行分析，为类似的深基坑开挖及支护结构设计提供了参考。

关键词：深厚软土；深基坑；支护结构；变形；实测与分析

引言

随着社会的发展，对沿海地区地下空间的开发利用越来越多。滨海地区主要以深厚软土为主，总体属欠固结土，强度低、灵敏度大，基坑施工过程中易产生排水固结，导致周边环境的破坏。为确保基坑的安全，应对基坑的进行监测，分析监测数据，基坑出现问题时及时做出相应的应急措施。

1深厚软土深基坑支护简述

在20世纪80年代开始，深基坑桩锚支护结构开始逐渐地被使用，由于预应力锚杆使得支护桩的变形情况得到了良好的改善，能够有效地控制位移现象的出现，但是在预应力的作用之下会使深基坑的结构更加的复杂繁琐。在开挖的过程中，会受到被动土压力的影响，使强度增加25%的作用。深基坑的支护结构变形和受力会受到很多的因素影响，比如水分、地质条件、自然环境等等，所以在进行深基坑桩锚支护结构的时候要将这些因素都考虑到，确保深基坑不会出现受力和变形的情况，这样才能够使深基坑工程的质量得到有效的保证。桩锚支护结构是由支护桩和锚杆锚固两部分共同组成的，其中的主要的构件包括支护桩、锚杆等等，施工中，主要是在深基坑开挖前，需在深基坑周边插入支护桩，开挖到一定程度的时候将锚杆打入到岩体中，然后对其进行固定，使基坑能够更加的稳定[1]。

2深厚软土深基坑支护结构的特点及原理

2.1深厚软土深基坑支护结构的特点

深基坑装锚支护是一种十分良好的支护形式，能够通过护坡排桩与多锚和单锚之间形成一个良好的配合方式，使桩锚支护有着十分优越的特点，这是其他支护方式没有办法相比较的。桩锚的稳定性十分良好，通过支护桩深入到土层当中再加上锚杆锚固段和土层之间形成的摩擦力，从而减小了支护排桩的内力和位移，使深基坑的变形能够得到控制，在复杂的施工环境中，为深基坑工程提供一个良好的、可靠的、安全的工作环境[2]。但是由于桩锚支护结构能够适应相对比较坚硬的粘性土、砂土等地方，在保证基坑的稳定时，锚杆锚固力相对也会较大一些。

2.2深厚软土深基坑支护结构的原理

在深基坑施工的过程中，如果深度开挖得较深，会使基坑周围很容易塌陷，为了保证基坑的稳定性，就要使用支护技术来应对。在桩锚支护的方式中，使其能够产生巨大的支撑力。通过锚杆进行支撑，从而给支护提供锚拉力。锚固段和土层锚固两者结合形成的摩擦能够将荷载分散到周边的土地，使深基坑能够稳定，不会形成塌陷事故[3]。

3监测内容

本文以龙海某深厚软土深基坑支护工程为案例，设一层地下室，基坑开挖深度约6.8m，场地软土厚度约为基坑开挖深度的3倍，软土层平均厚度为17.89m，采用排桩+锚索结合被动区加固的支护形式。将监测元件以及辅助材料正确的布设，进行坑顶水平位移和竖向位移、深层水平位移、锚索拉力、地下水位、周边地表竖向位移等监测，获取基坑开挖过程的监测数据，对监测数据进行分析。

4监测布设方法

4.1深层水平位移

深层水平位移钻机打孔埋设测斜管于土层中，进入软土层下稳定土层不少于2m，埋置足够深时，管底可认为是不动的。软土深厚，钻杆拔出来后孔内容易缩颈，测斜管无法顺利插至孔底。应采用全套管护壁，在测斜管插至孔底后再拔除套管。埋设测斜管，应注意导轮方向，上下左右导轮应与基坑开挖边线垂直或平行。测斜管与孔壁土体不贴合时，应灌砂填补间隙。采用测斜仪进行观测，测斜管内自下而上进行观测，测斜管两端的相对水平位移差可表示为：，绘制出各层土体的水平位移曲线[4]。

4.2水平位移和竖向位移

周边地表竖向位移观测点布设于坡顶地表，每隔基坑深度的1/2布设，各观测点连线与开挖线垂直。埋设时应将基准点布设于基坑开挖深度3倍的影响范围以外的固定区域。因基坑面积较大，可布设多个基准点。竖向位移采用精密水准仪进行观测，基准点与各测点的沉降量差，计算各个监测点的沉降量，竖向位移可表示为：Si=Hi-Ho。水平位移采用全站仪进行观测，可与深部水平位移互补，相互验证。

4.3锚索拉力

锚索拉力监测采用锚索应力计，应力计埋设前，应测试其工作性能。应力计在锚索张拉锁定前安装于锚索锚头位置，应注意保护导线。采用频率计进行监测。

4.4地下水位

水位观测孔采用钻孔埋设，钻孔深度进入坑底约6m。观测管采用PVC管，管身钻进水孔，外包两层无纺布，管身与孔壁的间隙回填小碎石，埋设好后，应立即进行洗孔。采用水位观测计进行观测。

5数据分析

锚索布设角度较大，锚索锚固体设置于软土层较深处，工程特性相对浅层软土较好，本工程锚固体锚索拉力较小，刚开始时等于施加的预应力，虽然土体的蠕变，随着基坑开挖过程锚索拉力会变小，但变化幅度不大。地下水位由于处于软土层中，弱透水层，水位基本不变。场地地层分布较均匀，各测斜管监测数据变化规律基本一致，以C9号深层水平位移时程曲线进行分析，C9深层水平位移时程曲线图2所示。在锚索锁定时，锚索施加预应力，冠梁受到往坑外的水平力，支护结构往基坑外变形。在锚索锁定后开挖1m，土压力的增加，支护结构往基坑内变形[5]。在锚索锁定后基坑开挖1m时，该区域出土方有一段时间处于停止状态，锚索轻微蠕变，支护结构往基坑内变形。在基坑开挖至坑深一半，支护结构往基坑内产生较大变形，此时坑顶变形最大，各土层变形沿深度趋于直线。在基坑开挖至坑底时，支护结构往基坑内产生较大的变形，坑顶有锚索约束，变形到一定程度后不再发生较大的变化，冠梁以下、坑底以上因挖空无约束，变形持续增大。冠梁处和坑底以下位移量均较小，基坑中间至坑底位移量较大，各土层深度变形趋于大肚子曲线。土体水平累计位移最大值为41.70mm，发生在测斜孔－6.0m处。

深层水平位移冠梁处和坑顶水平位移所测得的监测数据基本一致，也互相验证了监测过程的可靠性。基坑坑顶周边地表的竖向位移观测时程曲线图2所示。

在锚索锁定时，由于锚索施加预应力，冠梁向坑外变形，坑外土体微微向上拱起。在锚索锁定后开挖土方，土压力的增加，支护结构往基坑内变形，土体下沉增大。在基坑开挖至坑底时，冠梁处有锚索约束，变形到一定程度后不再发生较大的变化，下沉量减小，冠梁以下、坑底以上土体开挖无约束，持续增大，约一倍基坑深度处下沉最大。垂直于基坑边线的坡顶竖向位移近似抛物线形状。

结束语

软土层深厚的基坑，锚索施加预应力时，支护结构往基坑外变形，随着基坑的开挖，支护结构往坑内变形，当基坑开挖深度较大时，坑顶由于锚索的约束，坑顶变形量受到约束，基坑开挖深度范围的支护结构变形持续发展，深层水平位移时程曲线呈大肚子曲线形状，基坑坑顶竖向位移呈抛物线形，一倍基坑深度处下沉量最大。锚索拉力较小，变化幅度不大。地下水位处于软土层中，属弱透水层，水位基本不变。

参考文献

[1]江杰，肖萌，刘智勇，等.复杂环境下多种支护结构并存的深基坑监测分析[J].广西大学学报（自然科学版），2018（1）：269-278.

[2]钟连祥，陈飞，熊如宗，等.深基坑桩锚支护结构变形分析和数值模拟[J].江西理工大学学报，2018（1）.

[3]吴燕泉，林世斌，王东东.深厚软土深基坑支护结构变形的实测与分析[J].四川水泥，2018（05）：138.

[4]应宏伟，孙威，吕蒙军，等.复杂环境下某深厚软土基坑的实测性状研究[C]//全国基坑工程研讨会.2014.

[5]臧光文.软土地基深基坑工程不同围护结构的实测变形研究[J].土工基础，2014，28（3）：59-61.