某基坑m 值与被动区加固宽度相关性分析

2021-04-24胡峰华滕新保

科学技术创新 2021年9期

胡峰华张丽滕新保

（江苏省工程勘测研究院有限责任公司，江苏扬州225000）

软土地区基坑工程中，为保证支护结构的稳定和周边环境的安全，一般采用排桩或地下连续墙作为支护结构。对支护结构的计算分析，通常采用“m”法[1]，在“m”法应用中，m 值（土的水平抗力系数的比例系数）的大小对支护结构的计算有极大的影响。为防止软土地区基坑边坡失稳，一般对坑内被动区的土体进行水泥土搅拌桩加固，加固后土体的m 值与加固体的宽度有密切的联系。目前“m”法中m 值的选取仍然以经验为主。本文以一个软土地区的基坑工程实践，运用位移反分析法算出m 值的大小，并阐述m 值与坑底加固宽度的相关关系，对基坑设计人员具有一定的参考意义。

1 工程概况

该基坑工程位于扬州市广陵区，围护周长约560m，基坑开挖深度约5.70m。根据勘察报告，各土层描述如下：

第①层杂填土：杂色，松散，主要成分为流塑状～可塑状粉质粘土、稍密状～中密状粉土，夹杂植物根茎和建筑垃圾等杂物，土质软硬不均，力学强度变化较大，均匀性差。

第②层淤泥质粉质粘土夹粉土薄层：淤泥质粉质粘土，灰褐色，流塑状，粉土，灰色，稍密状。

图1 3 种支护结构典型剖面

第③层粉土与淤泥质粉质粘土互层、互夹、互夹薄层：粉土，灰色，以稍密状为主，湿～很湿；粉质粘土，灰褐色，流塑状。

第④层粉土：灰色，以中密状为主，局部稍密状。

第⑤层粉质粘土夹粉土薄层：粉质粘土，灰褐色，以软塑状为主，局部流塑状、可塑状；粉土，灰色，稍密状。各土层力学参数详见表1。

表1 土层力学参数

为有效控制围护结构变形及周边环境的安全感，本工程采用SMW 工法桩+水泥搅拌桩坑内加固。基坑北侧临近三层住宅，东侧临近市政地下管线，南侧和西侧为空地，因此本基坑工程采用3 种典型剖面，见图1，其中1-1 剖面坑内加固宽度4.9m，2-2 剖面坑内加固宽度3.5m，3-3剖面坑内加固宽度2.1m。

2 施工与监测

本工程基坑从5 月2 日起，至6 月25 日挖至坑底设计标高，垫层浇筑完成，7 月15 日完成底板浇筑，9 月10 日地下室结构施工至±0。

本基坑周边环境复杂，基坑开挖过程中对支护结构变形及周边环境变化进行了监测。监测时间为5 月1 日至12 月12 日，监测内容包括：围护桩顶、坡顶位移监测、地表沉降监测、管线沉降监测、道路沉降监测、周边建筑沉降监测、地下水位监测、土体深层水平位移监测[2]。下面仅对土体深层水平位移进行分析。

测点SCWY5、SCWY10、SCWY22 分别对应1-1 剖面、2-2 剖面、3-3 剖面的深层水平位移监测点。图2 为土体深层水平位移监测结果，图2 说明3-3 剖面的水平位移最大，最大水平位移为30.15mm；2-2 剖面占第二位，最大水平位移为22.00mm；1-1 剖面最小，最大水平位移为8.51mm。

图2 土体深层水平位移监测结果

3 位移反分析法计算m 值

“m”法的基本前提是假定开挖侧土体为离散型线性弹簧，m即为土的水平抗力系数的比例系数。目前，国内学者对各种土层的m 值进行了大量的研究，已经取得丰富的经验，但对坑底加固土m 值的确定还处于初级阶段，特别是不同坑内被动区加固宽度情况下m 值的研究还有待深入。本项目在同一基坑内不同区域采用不同的宽度进行水泥土搅拌桩加固，并在相应的位置设置了深层水平位移监测点，为研究m 值与被动区不同加固宽度的关系提供了研究基础。

位移反分析法就是以每级开挖工况条件下实测的水平位移值的输入为基础，选择“m”法为基坑围护结构的力学模型和相应的边界条件，组成适当的目标函数（使水平位移的计算值与实测位移误差的平方和最小），采用最优化技术来计算所研究的土层参数m 值[3]。其中目标函数：

目标函数（1）和约束条件（2）组成了一个有约束的非线性函数，可以求得m 值的最优解。

根据上面所述的位移反分析数学模型，对本基坑3 种支护结构剖面进行了m 值反分析计算，计算出第②层淤泥质粉质粘土夹粉土薄层的m 值，详见表2。

表2 第②层土体m 值反分析计算结果

图3 是第②层土体m 值与坑底被动区加固宽度的关系曲线，从图中可以看出，m 值随加固宽度的增加而增加；当加固宽度小于3.5m 时，m 值增加较快；当加固宽度大于3.5m 时，m 值增加较慢，且趋于一个常数[4、5]。即无限增加坑内加固土的宽度，不能无限提高m 值，可以认为这个常数就是这个加固土的最大m 值。因此，在确定m 值时，在不同的加固宽度的条件下应采用不同的数值。图3 中的曲线经多项式拟合后得到如下公式：