陈 岩 慕旭日 孟立波
(山东科技大学，山东青岛 266590)
0 引言
目前，济南西部开发处于初期阶段，三座高度为110 m，150 m和200 m的在建超高层建筑基坑深度为18 m～20 m，在该地质状况区域尚属首次。伴随着深基坑的开挖，作用于基坑支护结构上的土压力的变化和分布，尚没有成熟的工程借鉴经验。而大量工程实例及理论研究表明:作用于支护结构的主动土压力是影响支护结构位移的主要因素。
本文对基坑支护结构深层位移、土压力的现场实测结果，以及深层位移和土压力的对应关系进行了分析，得出了初步结论，有重要参考价值。
1 工程概况与地质条件
1.1 工程概况
拟建三座配套高层分别为110 m，150 m，200 m，分别为两座甲级写字楼和一座五星级酒店，总体结构为框架—核心筒结构，通过地上4层裙房和地下3层连成一体。总建筑面积约38万m2，基坑开挖范围271 m×192 m。地下室基坑实际开挖深度由现自然地坪算起为18.7 m～21.2 m。基坑上部7.5 m实行放坡土钉墙、下部单排支护桩联合预应力锚索相结合的支护方式。支护桩φ800 mm，间距1 000 mm。锚索深度分别为8 m，12 m，16 m。拟建场地南面紧邻地铁及大剧院各工程，西面和背面为重要交通公路，东面较为开阔。基坑测点布置图见图1。
图1 基坑测点布置图
1.2 工程地质
钻探揭示地层上部为黄河、小清河冲击成因的粘性土、粉土等，下部为山前冲洪积成因的粘性土、砂土、卵石土。基坑工程影响范围内主要有7层土，各层土的性质指标如表1所示。
表1 场地土层物理力学参数
2 实测结果分析
基坑西侧由南向北土压力测点为TY1，TY2，TY3，基坑东侧从北向南为TY10，TY11。由于基坑上部采取放坡土钉开挖，冠梁处为7.5 m。所以，土压力测点距离地表深度依次为9 m，11 m，13 m，15 m，17 m。本文就TY2和TY11进行了对比分析。
2.1 土压力实测分析
2.1.1 监测仪器及方法
采用TJ-22型振弦式土压力计。监测从基坑开挖到底板浇筑完成28 d，为1 d/次，此后为3 d/次，监测至地下室4层建筑完毕。土压力计固定于支护桩钢筋骨架。按出厂标定数据，计算公式为:
其中，P为土压力值，kPa;K为标定系数，kPa/F;B为计算修正值，kPa;Fi为监测此次读数;F0为初始读数。
2.1.2 监测结果分析
1)由图3可以看出，土压力随深度变化有明显的较规则的特征:TY2测点土压力初期基本呈梯形分布，后期呈倒“R”形分布; TY11测点土压力初期基本呈三角形分布，后期也呈现出倒“R”形分布。
经典土压力计算:
式(2)是在挡土墙位移达到极限状态条件下得出来的。挡土墙刚性很大，不允许产生结构位移。而此基坑支护桩采用钻孔灌注桩，本身将产生复杂的变形，导致土压力分布大小发生改变，呈现于经典土压力理论不同的形态。
2)两测点最大土压力均较小:CX2测点为75 kPa，位于11 m深处;CX11测点为108 kPa，位于17 m。两测点最大主动土压力均介于静止土压力和主动土压力之间。而总体上实测主动土压力均小于按照水土分算(基坑采用集水井降水，水位位于基坑底以下)计算的主动土压力。
经典主动土压力计算是按极限平衡状态计算的。按照塑性理论，当土体达到该状态后，水平向应力不会继续衰减。而实测值与经典理论计算值的比较可知，在支护结构变形趋于稳定而远没有达到极限状态(见图2)，实测值远小于理论极限状态计算值(根据勘察结果，各土层c，φ几乎相同，因此取为平均值，如图2直线)。土压力曲线可描述为:s0为静止土压力，sr为松弛土压力［1］:
图2 土压力随开挖实测曲线
3)由图3可知，第三次开挖后，除17 m外，CX2，CX11两测点各深度处主动土压力均有较大幅度减小。此现象可解释为:基坑开挖是从基坑壁附近开始的，以便安装相应的第一道和第二道预应力锚索。此时，基坑中心大部尚没有开挖，并没有大面积卸载。第三次基坑大面积开挖，支护桩悬臂部分加长，支护桩位移的增加，导致土压力减小。底边和垫层的浇筑，抑制了17 m处支护桩的位移，因而，主动土压力没有出现大的变化。由此尽量减少施工工期，对减少围护结构的侧向水平位移有很重要的作用。
图3 测点土压力—位移实测曲线
2.2 土压力随水平位移变化
分析图3土压力—位移关系曲线，CX2和CX11测点不同深度处主动土压力，随支护桩位移增大呈现三种以下变化规律:
1)随支护桩位移增大，主动土压力减小。
a.CX2测点冠梁约束作用并不明显，深层水平位移0 m～9.5 m (对应土压力9 m～17 m)范围内，支护桩侧向水平位移成近似刚性侧移(见图4a))。此变化，导致11 m，13 m，15 m处土压力均有较大幅度减小。而17 m处变化较小，说明底板及垫层的抑制作用明显，有效的制止了由于基坑卸载而带来的支护桩的位移。
b.CX11测点冠梁约束作用较明显(见图4b))，出现明显的“鼓肚”。CX11深层水平位移最大值位于7.5 m处，正对应于土压力监测的15 m处。如图3土压力—位移关系曲线，15 m处出现土压力实测值随位移变化出现最大幅度变化。
图4 深层水平位移实测曲线
2)随支护桩位移增大，基坑底部桩体主动土压力略有增大。
图3 2_19和11_19曲线，桩体位移变化后期，主动土压力有所增加。说明基础底板和垫层的浇筑，抑制了桩体位移，使得此处土压力有所增大。
3)桩顶处土压力，受施工影响明显。
基坑7.5 m范围内，基坑采用放坡土钉墙支护，有效的减小了基坑上部土压力。初期9 m处的土压力只有10 kPa左右。后期施工荷载的影响，使得CX2测点9 m处土压力出现两次的增大。因此，在施工中，应注意施工荷载的影响。
3 结语
通过以上分析初步得出以下认识和结论，供设计和施工参考:
1)此基坑范围内土质主要为黏性土，粘聚力大，在没有支护的情况下，自稳能力强。表现为在土压力监测中，实测主动土压力小于按极限平衡理论计算的理论值，对支护结构的作用较小。
2)与经典土压力理论比较，实测主动土压力曲线有较大差别，但与规范建议的两种曲线形式大致吻合。主动土压力变化趋势与实测深层水平位移曲线有很好的吻合度，在监测范围内呈现三种变化规律。因此，在该区域厚冲积层地质情况下，基坑监测工作应注意分析此二者间的关系，得出更明确、适用的相关规律。
3)在此基坑支护监测中，土压力实测值较小。通过本文以上分析，支护是有所富余的。因而，在以后的类似工程中，可根据实际情况，对比分析，采取更加经济有效的支护方式，取得预期的支护效果。
［1］ 刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010.
［2］ 聂宗泉，汪清河，周 奇.软土基坑主动区土压力与位移关系实测研究［J］.施工技术，2011(15)：43-46.
［3］ 彭社琴，赵其华.超深基坑土压力监测成果分析［J］.岩土力学，2006(71)：657-661，672.
［4］ 郭竞宇，赵其华，张建刚.围护结构上土压力实例分析［J］.岩土工程学，2003(21)：246-248.
