赵亚鹏

（山西省第三建筑工程公司山西长治　046500）

浅谈不同的坑底加固方式对深基坑变形影响

赵亚鹏

（山西省第三建筑工程公司山西长治046500）

本文通过相关理论来计算模型，进而分析出坑底加固对坑底隆起、对围护结构侧向位移的影响以及变形比较。

坑底加固；内撑式深基坑；基坑变形；剑桥模型

1　引言

现今，基坑规模在城市建设中不断增大，土方的开挖愈加的深，加大了对周围环境安全以及基坑稳定的影响，特别是软土地区的基坑工程中，因为软土在一些的指标很低，如：其内摩擦角和粘聚力等力学，其状态多为多呈半流塑或软塑，要是无很适合的设计，就会使得周围地面沉降及坑底隆起和围护结构侧向位移过大，对基坑的稳定及其邻近设施的正常使用以及安全造成影响。在软土地区地下工程较为复杂时，开挖时的稳定和变形控制是无法单靠围护结构和支撑的措施的，所以基坑被动区土体加固技术愈加的重要。实践证明，加固坑内被动区土体可以将基坑坑底土体的物理力学性质进行很好的改善，将地面沉降及坑底隆起、围护结构的侧向位移给减少的作用，将基坑稳定性给提高。

2　相关理论

2.1修正剑桥模型

这篇文章土体采用修正剑桥模型，该模型采用了椭圆屈服面以及相适应的流动准则，硬化参数为塑性体应变。相适应流动规则：

修正剑桥模型的屈服轨迹方程：

2.2加坑加固原理

目前，基坑工程设计已由强度控制转变为变形控制，若将坑底隆起和围护结构变形视为影响源、周边土体位移视为影响传播途径，则控制基坑变形可从控制影响源和最大限度切断位移的传播途径两方面人手。实践表明，采用被动区加固可从源头上有效控制基坑变形。

3　计算模型

3.1几何模型

某基坑长30m，宽30m，开挖深度为15m；围护结构采用0.8m厚地下连续墙，插人深度为12m；支撑截面尺寸为0.6m× 0.6m，支撑水平间距为6m，竖向间距为4m，共设3道水平支撑，支撑位置分别位于-2m，-6m和-10m;加固坑底土体采用旋喷桩。因为基坑开挖影响宽度大概为开挖深度的3～4倍，影响深度约为开挖深度的2～4倍，故这篇文章所研究的基坑影响宽度和深度均取3倍的开挖深度，根据对称性，取基坑1/4结构进行分析，故模型计算范围取为60m×60.8m×60m。

3.2物理参数

土体采用修正剑桥模型，各土层参数指标见表1～2。围护结构和支撑按线弹性材料考虑，密度ρ=2500kg/m3，弹性模量E= 25000MPa，泊松比μ=0.17。土体、加固体和地下连续墙采用三维实体单元C3D8：八结点线性六面体单元；支撑采用三维梁单元B32：三结点二次空间梁单元。

表1　土层的物理力学参数

表2　土层的修正剑桥模型计算参数

3.3基本假定

（1）不考虑开挖前施工地下连续墙引起的土体原位应力性状的改变，假定土体的初始应力为静止土压力。

（2）土的流变以及土体开挖的过程不进行考虑。

（3）各土层以及地表为匀质且均呈水平层状的弹塑性材料。

3.4施工过程模拟

模拟基坑开挖流程：①分析计算范围的内土体进行初始应力；②地下连续墙施工，加固基坑坑底；③第1步开挖，深度为2m，对第1道支撑进行设置；④第2步开挖，深度为4m，对第2道支撑进行设置；⑤第3步开挖，深度为4m，对第3道支撑进行设置；⑥第4步开挖，深度为5m，挖到坑底。

4　计算结果分析

土体加固的平面设计形状可分为满堂式、中空式、格栅式、抽条式、裙边式和墩式。这篇文章分别对满堂、裙边、抽条、格栅等四种加固方式取不同加固深度为（15m+0m）（15m+2m），（15m+ 4m），（15m+6m），（15m+8m）的情况下对坑底隆起和围护结构侧向位移的影响进行分析，其平面形状如图1所示，其中裙边加固宽度为4.5m；抽条和格栅加固宽度为2.5m，净间距为3.0m。

4.1坑底加固对坑底隆起的影响

由图2可知，对抑制坑底隆起的作用而言,坑底加固比较的显著，坑底隆起与加固深度成反比。图2（a）为满堂加固对坑底隆起的影响，当没加固时,12.24cm为坑底最大的隆起值，而加固深度为（15m+6m）的情况下，最大值为6.87cm，减小了43.9%，说明坑底满堂加固可将坑底隆起值减少。图2（b）为裙边加固对坑底隆起的影响，裙边加固可将加固宽度范围内的土体隆起值减少，而对加固范围之外抑制坑底隆起的作用不是很大。图2（c）为垂直于抽条加固方向的变形曲线，隆起形状呈波浪形，加固体所在处为坑底土体隆起曲线的波谷，波峰在各加固体间。图2（d）为平行于抽条加固方向的变形曲线，隆起曲线为凸形，坑底隆起在基坑中心最大。图2（e）为格栅加固对坑底隆起的影响，大幅度的降低了基坑坑底的隆起度，隆起形状呈波浪形，这是因加固体与坑底土体间有摩擦，会对坑内土体的竖向位移变形造成变形；同时，加固体的存在将坑底土体的弹性模量加大了，从而降低了其整体坑底隆起度。

图1　几种加固体平面（单位：m）

图2　不同加固深度的坑底隆起曲线

4.2坑底加固对围护结构侧向位移的影响

由图3可知，开挖基坑到坑底后，没有加固时,最后一道支撑与坑底开挖面之间是最大侧向位移位，32.68mm为围护结构最大侧向位移；在裙边、抽条、满堂及格栅加固深度为（15m+6m）的情况下，22.18～23.93mm为最大侧向位移，减小了最大侧向位移在26.8～32.1%，表明对抑制侧向位移的作用而言，坑底加固比较的明显，能将入土段连续墙的侧向位移减少，对基坑最后一道支撑以上连续墙的侧向位移没多大影响。在一定加固深度范围内，侧向位移与加固深度成反比，但超过一定范围后，将加固深度继续加大对最大侧向位移的减少效果不大，而对坑底以下围护结构侧向位移有较大的影响。

4.3变形比较分析

比较基坑坑底加固深度为（15m+6m）的情况下，分析对不同加固方式对坑底隆起和围护结构侧的位移的影响。

4.3.1四种不同加固方式对坑底隆起影响的比较

图3　不同加固深度的侧向位移曲线

在坑底加固体置换率为50%的情况下，最大坑底隆起值在裙边、抽条加固分别为11.95cm及9.58cm，就最大坑底隆起值而言，抽条加固比裙边加固减少了19.8%。表明加固体置换在相同的情况下，上抽条加固在抑制坑底最大隆起的效果比裙边加固要更加的好。满堂、裙边、抽条、格栅等四种不同加固方式对能有效减小坑底最大隆起值分别为43.9%、2.0%、21.7%以及28.9%，表明由大到小来排列抑制坑底隆起作用，依次是满堂、格栅、抽条、裙边加固，裙边加固能够对加固宽度范围之内的土体隆起值进行有效的减少。

4.3.2四种不同加固方式对围护结构侧向位移影响的比较

基坑坑底满堂、裙边、抽条、格栅等四种加固方式能有效的分别能减小最大侧向位移为32.1%，26.8%，29.4%，31.1%，表明四种不同加固方式低最大侧向位移的抑制效果都差不多。所以，以控制围护结构侧向位移为主要目的被动区土体加固对选裙边加固进行优选，该法能够对减小环境影响以及基坑安全要求有保障的基础上，将造价给降低。

5　结束语

采用坑底加固在软土地区内撑式深基坑内能有将基坑变形给有效的减小，这个篇文章使用了ABAQUS来建立三维有限元模型，分别从基坑坑底满堂、裙边、抽条、格栅等四种不同加固方式分析了坑底隆起和围护结构侧向位移的影响，进而得知，对上述四种不同加固方式进行依次排列为满堂、格栅、抽条以及裙边加固；而在抑制围护结构侧向位移的效果方面，四者间差不多。以控制最大侧向位移为主要目的能对裙边加固进行优选，以控制基坑变形为主要目的者应选抽条加固，选择格栅或满堂加固能够达到更好的结果。所以，根据基坑变形控制要求以及不同地质条件，对加固方式进行合理的选择，不但能够使得基坑安全并与环境相符合的要求，还可将造价降低。

[1]贾坚.土体加固技术在基坑开挖工程中的应用[J].地下空间与工程学报，2007，3（1）：132～137.

[2]秦爱芳，胡中雄，彭世娟.上海软土地区受卸荷影响的基坑工程被动区土体加固深度研究[J].岩土工程学报，2008，30（6）：935～940.

[3]蒋建平.深基坑坑底加固体的刚度效应研究[J].工程力学，2011，28（6）：130～140.

TU753

A

1673-0038（2015）48-0005-02

2015-11-14

赵亚鹏（1977-），男，工程师，二级建造师，毕业于吕梁高等专科学校，城镇建设专业，主要从事建筑工程技术管理工作。