基坑支護入土深度研究范文

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1研究背景

基坑工程周邊環境和地質情況復雜性導致基坑安全事故頻發，由此造成的人員傷亡和經濟損失觸目驚心，對基坑穩定性開展深入研究意義十分明顯。目前，已有眾多研究者對基坑穩定性進行了較為全面的研究，并取得一些研究成果。基坑穩定性全面分析主要包括:整體穩定性分析、基坑坑底土體抗隆起穩定分析、支護樁抗傾覆穩定性分析、基坑滲流穩定性分析等。分析過程極其復雜，同時針對不同土質條件，基坑穩定性側重有所不同。近年來軟土基坑支護工程實踐表明，基坑底部土體抗隆起穩定性在基坑支護中往往起決定作用。進行抗隆起穩定性分析時，除對基坑底部土體處置外，通常還調整支護樁的入土深度，以達到基坑底部土體穩定目的，本文基于此，將通過極限分析上限法來確定軟土基坑支護入土深度值。

2軟土基坑支護坑底速度場分析

軟土基坑坑底土體在其一側土體自重及外荷載作用下達到極限狀態時，就會發生塑性流動，而它的流動方向跡線就是速度滑移線(見圖1)。假定忽略AE面摩擦力，并假設滑移場土體為Coulomb材料且忽略其自重，基坑承受外荷載為q0，基抗開挖深度為H，土體為均質土且其重度為γ，黏聚力為c，內摩擦角為φ，基坑支護入土深度為t，則基坑支護樁底面以下的坑底土體主動區ABC所受的荷載值為q=q0+γ(t+H)，被動區BDE所承受的荷載值為q1=γt。基于Hill機構建立如圖2所示的基坑坑底塑性區的速度場。類似于文獻［9］的Hill機構分析可知，該速度場由底角為π4+φ2的主動滑移區ABC、中心角為π2的BCD對數螺旋過渡區及底角為π4－φ2的被動滑移區BDE構成。因為塑性流動線ACDE以下的土體不受塑性變形影響，可視為靜止狀態，故此流動線為一條速度間斷線。根據速度間斷線特點可知，此線上的任何一點的速度方向與該點切線成φ角，即ACDEBA整個區域的ACDE邊界上速度方向與該線成φ角，顯然速度方向垂直塑性區一側的α族滑移線，故而塑性區一側的α族滑移線的速度vα=0，又在ACDEBA整個區域中α族滑移線均為直線，則此整個區域內的速度vα均為0，同時在剛性區一側的速度突變為0［9］。

2．1主動滑移區ABC區域速度場分析因AC邊界上速度方向與該線成φ角，故而此區域在AB以上的壓力q作用下產生以速度v0作垂直于BC面的塑性運動，假定支護樁底面以上的速度為v，則根據AB面的速度相容條件可。

2．2過渡區BCD區域速度場分析在此區域中已知，vα=0，則根據沿β族滑移線速度場基本微分方程。

2．3被動滑移區BDE區域速度場分析因被動區BDE的邊界BD的滑移速度方向與邊界DE成φ角，不難證明邊界BD的滑移速度方向與邊界BD垂直，且其大小因在邊界BD兩側的速度方向未發生改變而不變，即依舊為v1;并且此區域與主動區ABC有相似的特性，即都是均勻速度區，則被動區BDE可看成以速度v1垂直于BD面斜向上的剛體運動。

3軟土基坑支護入土深度上限解

經速度場分析可知:主動區ABC以速度v0與x軸正向成－(π4－φ2)夾角作剛體運動;被動區BDE以速度v1與x軸正向成(π4+φ2)的夾角作剛體運動;對數螺旋過渡區BCD以速度vBCD繞B點按對數螺旋運動。ACDE間斷面因其以下土體未發生運動，故而是一個速度間斷面，BC，BD兩面經上文分析可知并非跟Prandtl機構場一樣，而是一個速度連續面。主動區ABC所受的荷載值為q，以速度v且方向垂直向下運動。經上述分析可知，忽略滑動區內土體自重，則此機構場中q做正功，q1做負功，間斷面AC，CD，DE及對數螺旋區BCD均存有能量耗散。

4工程算例

采用文獻［1］中的工程實例作為算例，該主樓基坑開挖深度H=11．65m，支護樁樁長l=24．55m，超載q0=20kPa。，基坑圍護設計參數見表1。根據式(25)和表1，并假設支護樁樁底在土層4內，可計算出該基坑的抗隆起穩定性理論支護入土深度上限解為4．05m，超過3．7m，但是考慮到5－1a土層的參數與土層4接近，且為安全考慮，該主樓支護樁入土深度上限解就是4．05m。此外該基坑實際支護入土深度為12．9m，且坑底土層參數取土層4，5－1a，5－1b的厚度加權值，運用式(27)，可以求得該抗隆起穩定性安全系數k為1．94，且與文獻［1］中的表2對比可知，本文穩定性分析是合理的，也從側面上驗證了本文基坑支護入土深度上限解。

5結語

本文基于極限分析上限法分析了基坑底部的速度場，建立了相應的虛功率方程，推導出基坑抗隆起穩定安全性要求下的支護深度上限解和支護入土深度為t時的基坑抗隆起穩定性安全系數k的新的計算方法。工程案例采用新計算方法求得其抗隆起穩定性安全系數k=1．94，與原結論對比吻合度非常高，驗證表明本文穩定性分析是合理的，也從側面驗證了本文基坑支護入土深度上限解。該結論可為將來同類型的基坑支護入土深度計算提供參考和經驗。

作者：李和志 趙永清 陳春鳴 單位：江西科技學院 南昌市材料研究與結構檢測重點實驗室 湖南科技學院 土木工程與建設管理系 東莞理工學院城市學院 城市與環境科學系