0 引言

　　随着粤港澳大湾区的不断发展，广州市南沙区已开始出现场地基坑距离较近的情况。在排桩+锚索支护体系中，需足够的锚索长度提供锚固力抵抗基坑变形，若2个基坑距离较小，锚索长度无法满足设计要求，施工场地又不便于搭设内支撑时，常考虑通过预应力对拉锚索拉结2个基坑排桩，使排桩和内部核心土形成一个受力体系，控制基坑变形。

　　经典土力学理论在进行土中应力公式推导和计算时，将地基考虑为半无限空间弹性体。然而，2个基坑距离相近时，支护桩间土体是水平方向受限的有限宽度土条，土体两侧土压力与原有公式计算结果存在差别。岳树桥等^[1]借鉴筒仓受力原理研究有限宽度土体主动土压力计算公式，并用有限元方法验证结果，得出相对准确的参考公式，但该公式假定基坑失稳破坏面是穿过坡脚的直线，与现实中倾覆破坏、隆起破坏的圆弧滑移面存在差距，因此，实际应用中仍有一定局限性，但证明有限元分析在有限宽度土体变形计算中的合理性。刘庆方等^[2]对围护结构进行有限元分析，发现加固支护结构间的核心土，可有效控制基坑变形和支护体系受力，降低施工风险。陈海军等^[3]通过3个工程项目的应用实践，阐述对拉锚索支护体系的优势。万利民等^[4]在广州溶洞发育丰富地区展开对拉锚索应用的探索实践，明确施工步骤及注意事项。在冲积平原软土地区，排桩+对拉锚索支护体系应用研究较少，工程实践经验较缺乏。

　　为保障施工安全，以广州市南沙区中山大学附属第一(南沙)医院项目为例，对超厚淤泥土地层中的排桩+对拉锚索支护体系施工进行有限元分析，建立与实际工程相同的三维数值模型，计算基坑开挖过程中基坑变形和支护结构的受力情况，研究对拉锚索在冲积平原地质条件下的应用，指导现场施工。

　　1 工程概况

　　该项目分为2个相邻基坑，基坑相距40m，采用上部放坡、下部排桩+对拉锚索支护结构的形式，两侧基坑深度均为9.1m，在距地面3.5m处设1道对拉锚索，选用4ϕ^s15.2钢绞线，间距2 000mm进行布置，全长为自由段。对拉锚索范围内基坑长度160m，排桩桩径1m，间距按1.2m布置，嵌固深度一般23m，保证进入砂质黏性土≥1.5m深。基坑外围设ϕ0.85m的三轴水泥搅拌桩，作为止水帷幕，间距600mm进行布置。2个基坑内外均采用格栅式水泥搅拌桩加固，如图1所示。

　　图1 基坑支护断面  

　　2 工程地质条件

　　施工场地位于广州市南沙区靠海处，地处河床边，地势低平，为珠江三角洲冲积平原地貌。场地内上部主要为第四系冲积层(Q₄^al)和第四系残积层(Q^el)，第四系冲积层主要由淤泥、粉质黏土、中粗砂、淤泥质粉质黏土、粉细砂和砾砂等组成;第四系残积层由花岗岩风化残积土砂质黏性土组成。

　　根据勘察报告，施工场地范围内广泛分布厚达16～23m的流塑态淤泥层，基坑主要处于淤泥土地层中，地下水发育丰富，软土层具有低承载力、高含水量、大孔隙比、弱透水性、低强度、高压缩性及高灵敏度等性能，场地地质条件恶劣。土层物理力学参数如表1所示。

　　表1 主要土层物理力学参数 

　　3 基坑开挖过程动态模拟

　　3.1 基本原理

　　本文建立三维数值模型，如图2所示，采用连续介质有限元法对基坑开挖过程进行数值模拟分析。根据圣维南原理，模型大小为140m(x)×60m(y)×65m(z)，可基本消除边界对计算结果的影响。排桩和锚索均采用线弹性结构，排桩经过等效刚度代换后，采用板单元进行模拟，锚索采用植入式桁架单元进行模拟。周围土体及加固区采用6面体实体单元模拟，本构模型选择修正的莫尔-库仑模型。根据规范要求，排桩间核心土处施加20kPa的均布荷载，模拟施工时的堆载及其他施工荷载。支护结构和锚索单元如图3所示。本构模型参数如表2所示。

　　图2 有限元网格划分  

　　图3 支护结构和锚索单元  

　　表2 本构模型参数 

　　3.2 模拟计算

　　根据施工要求，数值模拟过程中共设6个工作步，通过激活与钝化命令完成支护结构的施工及土方开挖，步骤如下:初始应力分析→基坑内外加固区施工→排桩施工→土方开挖至-6.700m标高→施工对拉锚索→土方开挖至-12.300m(坑底)标高。

　　4 模拟结果分析

　　基坑开挖过程中，基坑下部土体的上部覆土被移除，引起土体应力重分布，进一步引起土体沉降或隆起变形。土体移除后，在土压力作用下，围护结构产生类似将军肚样的变形。

　　开挖至-6.700m时，基坑土体x向变形如图4a所示，由图4a可知，基坑放坡开挖至锚索标高时，基坑土体x向变形仅1.8mm，是由于坑外水泥搅拌桩加固区的软基处理已生效。如图4b所示，当基坑开挖至坑底标高时，基坑顶部土体x变形为4mm，排桩遮拦作用明显，基坑变形符合规范要求。根据有限元分析结果，开挖至坑底的基坑土体z向变形如图5a所示，可以看出，z向因卸荷回弹，坑底部位发生40mm的隆起变形，依然符合规范要求。开挖至坑底时土体变形x向矢量图如图5b所示，表明支护桩间每部分土体变形的方向。

　　图4 基坑土体x向变形 

　　图5 开挖至坑底的基坑土体 

　　传统理论计算结果如图6所示，可以看出，有限宽度土体的土压力较小，结构变形也较小。排桩x向变形位移云图如图7a所示，排桩最大变形发生在中下部，变形量为3.5mm，排桩应力云图如图7b所示，排桩最大应力为362kN/m，结构安全。随基坑开挖深度的增加，支护结构水平位移先增大后减小，计算结果准确合理。

　　图6 传统理论计算结果 

　　由拉锚索轴力和应力图可以看出，对拉锚索最大轴力达58kN，锚索强度符合安全要求。锚索轴力随基坑开挖深度增加的关系曲线如图8所示，随着基坑开挖深度的增加，锚索轴力一直增加，因此，施工中需严格把控锚索质量。

　　图7 开挖至坑底的排桩  

　　图8 锚索轴力变化 

　　5 结语

　　1)冲积平原地区工程地质条件较差，场地内分布16～23m厚的淤泥土地层，勘察报告显示，淤泥为流塑状态，黏聚力和内摩擦角指标都很低，对基坑开挖有很大影响。2个基坑间距较小时，土压力小于传统方法计算的土压力，因此在支护结构设计中，可与设计方进行沟通，进行合理的强度和含钢量折减，控制工程成本。

　　2)排桩+对拉锚索支护体系中，加固处理2排支护桩间的核心土及基坑内土体，可有效控制基坑位移变形，格栅式水泥搅拌桩能满足冲积平原地区基坑加固需求。锚索轴力随基坑开挖深度的增加不断增大，最终达58kN，满足安全需求。锚索是对拉结构中最重要的一环，施工中需严格控制锚索施工质量。

　　3)2个基坑间距较小时，采用排桩+对拉锚索支护体系可有效控制基坑变形，整体支护结构受力特征良好，结构稳定，能保证冲积平原地区基坑施工过程的安全。