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摘要：在软土类基坑工程中，由于软土特殊的流变特性，给软土基坑工程带来了诸多困难。本文就软土的概念及基本特性，软土基坑的抗隆起稳定性分析以及变形问题展开综合叙述。
关键词：软土；深基坑；抗隆起稳定性；变形
1引 言
基坑工程是一个复杂的系统工程，除了必须确保基坑侧壁及周边环境安全外，还应在安全可靠、经济合理的前提下最大限度地满足土方及主体结构施工便利的要求。基坑工程的周边环境越来越复杂、环境保护要求越来越严格、节能减排、可持续发展等要求为软土基坑工程新技术提供了很大的展示舞台。但是软土具有压缩性高、含水量大、承载力低等特性，这决定了软土基坑工程的设计和施工比一般的基坑工程要难。本文就软土的概念及基本特性，软土基坑的抗隆起稳定性分析以及变形问题展开综合叙述。
2软土的基本特性
2.1.1软土的物理特性
以珠江三角洲的软土为例，软土主要由以下特性：
（1）天然孔隙比大，含水量高。由土体的物理力学机理可知，软土的高含水量和大孔隙比不仅仅反映土中矿物成分与介质相互作用的性质，同时也反映软土的抗剪强度和压缩性的大小，含水量愈大，将导致土的抗剪强度愈小，压缩性愈大。
（2）垂直渗透性低。由于土层垂直方向的渗透系数在10-6～10-8cm/s，这造成了土体在荷载作用下固结速率很慢，强度无法提高。
（3）土体接近饱和。取样的珠江三角洲软土土样的饱和度St=统计均值约为98.5%。
（4）压缩性高。珠江三角洲地区土层多数为正常固结状态，同时也有少部分浅层软土是欠固结土层，相应的压缩系数a1-2均值为1.17MPa-1，最大的达到3.3 MPa-1。
（5）结构性强。蜂窝状、絮凝结构为主的珠三角软土受到扰动会造成其强度的显着降低，更甚者会呈现流动状态。
（6）抗剪强度低。软土的快剪强度随着土层深度加深而逐渐提高，一般为1-27kPa。
（7）承载力低。软土的地基承载力一般为20～130kPa，其均值约为 68kPa，如果不进行地基加固的话，通常很难满足工程的建设需求。
2.1.2软土的非线性特征
原状软土的三轴固结排水剪切实验结果表明，软土是一种属于正常固结土的典型加工硬化性材料。
2.1.3软土的蠕变性特征
蠕变性指的是材料在恒载下（外界载荷不变）的情况下，变形程度随时间增加的现象。蠕变特性对软土地基变形特性的影响很大，在很多情况下，在加载已经结束后，土体的变形并不会停止，仍有可能长期发展，最终还可能导致土体结构的破坏。
3软土基坑隆起稳定性分析
极限平衡分析法是最早用在抗隆起稳定性的分析的方法，传统的两种方法是分别由Terzaghi和Bjerrum提出的。Chang极限上限定理分析方法推导出了与Terzaghi相似的稳定系数。Ukritchon et al.运用上下限定理，结合数值线性规划计算方法，进行了相关研究。近来数值分析方法在岩土工程中得到了广泛的应用，主要出现了强度折减有限元方法和极限分析有限元方法来进行基坑的抗隆起稳定性分析。
4软土基坑变形
参考工程实例上海地铁M6号线某区间基坑工程资料，总结软土地区基坑变形的特征和变化规律。
采用地下连续墙支护，根据不同的基坑保护等级设置不同深度和厚度的地连墙，深度25～33m，厚度有600mm和800mm两种。沿深度方向设置四道内撑（局部区段设置5道内撑）。
4.1.1地连墙水平变形特征
在标准段变形整体呈现两头小，中间大的特点，与以往采用多到内撑的围护结构的变形规律相符。地连墙变形随着开挖深度的加深而不断增大，出现了踢脚的情况，累计最大变形71.22mm，踢脚变形37.32mm；有支撑的地方，变形较小，随时间呈稳定增长或不變；基坑暴露时间越长，变形的增长越快。
由于开挖和分段不严格，架设支撑不及时，挖土对被动区土体扰动和主动区软土的流变特性，对地墙变形有较大影响。这充分验证了软土地区考虑时间和空间因素的必要性。
4.1.2变形的时空效应
以往的软土类工程实践表明，软土具有明显的流变特性。对于软土类基坑工程，这个问题同样不可忽视。
区别于其它的施工技术，基坑工程中的时空效应原理的施工方法有所不同，它主要强调及时的支撑架设和相应的挖土工艺（对称、平衡、分层、分段等）。考虑到这些因素，所以在建立变形计算模型时必须要引入时间和空间变量的概念，常用的考虑土的流变特性的分析计算方法有弹粘性有限元计算方法。
在设计计算基坑支护结构时，一般采用常规的杆系有限元，只要赋予其相应的土压力和被动抗力系数，便可求解出挡土结构对应的内力与变形。
参考相关资料知基坑在开挖过程中，由于软土的流变特性与被动区土压力和开挖方式的差异性，被动区土压力及水平抗力系数Kh都是变化的。可得到不同土层，工况条件下Kh的计算模型：
式中： 为第i层土体的重度；Ci是第i层土体的黏聚力； 是第i层土体的内摩擦角；hi，hi-1是第i层和第i-1层土体的层底埋深； 为第j道工序的开挖宽度； 为第j道工序的开挖深度； 为第j道工序的开挖时间；A1，A2，…，A7是待定系数；具体函数f由具体的条件确定。
由监测数据和统计规律得，墙后的主动土压力与采用的梯形分布相当接近，因此可以按面积相等等效成梯形分布。引入综合考虑时间、软土流变特性等的综合参数 ，定义 为按实测值设定的等效梯形面积与按弹性计算的主动土压力面积的比值，并且 约为0.7～1.0。
5.结语
软土地区深基坑工程采取地下连续墙的支护形式能充分体现安全、经济的原则。地下连续墙刚度大，挡土止水效果好，采用地下连续墙，变形小，基坑土体位移增加速率随开挖深度的增加逐渐变缓，并且有稍许回弹。当支护墙体刚度较小时，抗隆起安全系数随支护墙体刚度的增加而增大，但增加到一定程度即可作刚性；基坑隆起失稳面随支护墙体刚度的增加而变深、变宽。基坑抗隆起安全系数随基坑开挖深度的增加而降低，基坑隆起失稳面随开挖深度的增加而变深。
参考文献：（References）：
[1] 刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].中国建筑工业出版社，1997.
[2] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社，1999.
[3] 刘燕，刘国彬，孙晓玲，et al.考虑时空效应的软土地区深基坑变形分析[J].岩土工程学报，2006，28（b11）：1433-1436.
[4] 刘国彬，黄院雄，侯学渊.考虑时空效应的等效土体水平抗力系数的取值研究[J].土木工程学报，2001，34（3）：97-102.
[5] 刘建航.基坑工程时空效应理论和实践[C]// 面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）.1999.
（作者单位：华南理工大学）
关键词：软土；深基坑；抗隆起稳定性；变形
1引 言
基坑工程是一个复杂的系统工程，除了必须确保基坑侧壁及周边环境安全外，还应在安全可靠、经济合理的前提下最大限度地满足土方及主体结构施工便利的要求。基坑工程的周边环境越来越复杂、环境保护要求越来越严格、节能减排、可持续发展等要求为软土基坑工程新技术提供了很大的展示舞台。但是软土具有压缩性高、含水量大、承载力低等特性，这决定了软土基坑工程的设计和施工比一般的基坑工程要难。本文就软土的概念及基本特性，软土基坑的抗隆起稳定性分析以及变形问题展开综合叙述。
2软土的基本特性
2.1.1软土的物理特性
以珠江三角洲的软土为例，软土主要由以下特性：
（1）天然孔隙比大，含水量高。由土体的物理力学机理可知，软土的高含水量和大孔隙比不仅仅反映土中矿物成分与介质相互作用的性质，同时也反映软土的抗剪强度和压缩性的大小，含水量愈大，将导致土的抗剪强度愈小，压缩性愈大。
（2）垂直渗透性低。由于土层垂直方向的渗透系数在10-6～10-8cm/s，这造成了土体在荷载作用下固结速率很慢，强度无法提高。
（3）土体接近饱和。取样的珠江三角洲软土土样的饱和度St=统计均值约为98.5%。
（4）压缩性高。珠江三角洲地区土层多数为正常固结状态，同时也有少部分浅层软土是欠固结土层，相应的压缩系数a1-2均值为1.17MPa-1，最大的达到3.3 MPa-1。
（5）结构性强。蜂窝状、絮凝结构为主的珠三角软土受到扰动会造成其强度的显着降低，更甚者会呈现流动状态。
（6）抗剪强度低。软土的快剪强度随着土层深度加深而逐渐提高，一般为1-27kPa。
（7）承载力低。软土的地基承载力一般为20～130kPa，其均值约为 68kPa，如果不进行地基加固的话，通常很难满足工程的建设需求。
2.1.2软土的非线性特征
原状软土的三轴固结排水剪切实验结果表明，软土是一种属于正常固结土的典型加工硬化性材料。
2.1.3软土的蠕变性特征
蠕变性指的是材料在恒载下（外界载荷不变）的情况下，变形程度随时间增加的现象。蠕变特性对软土地基变形特性的影响很大，在很多情况下，在加载已经结束后，土体的变形并不会停止，仍有可能长期发展，最终还可能导致土体结构的破坏。
3软土基坑隆起稳定性分析
极限平衡分析法是最早用在抗隆起稳定性的分析的方法，传统的两种方法是分别由Terzaghi和Bjerrum提出的。Chang极限上限定理分析方法推导出了与Terzaghi相似的稳定系数。Ukritchon et al.运用上下限定理，结合数值线性规划计算方法，进行了相关研究。近来数值分析方法在岩土工程中得到了广泛的应用，主要出现了强度折减有限元方法和极限分析有限元方法来进行基坑的抗隆起稳定性分析。
4软土基坑变形
参考工程实例上海地铁M6号线某区间基坑工程资料，总结软土地区基坑变形的特征和变化规律。
采用地下连续墙支护，根据不同的基坑保护等级设置不同深度和厚度的地连墙，深度25～33m，厚度有600mm和800mm两种。沿深度方向设置四道内撑（局部区段设置5道内撑）。
4.1.1地连墙水平变形特征
在标准段变形整体呈现两头小，中间大的特点，与以往采用多到内撑的围护结构的变形规律相符。地连墙变形随着开挖深度的加深而不断增大，出现了踢脚的情况，累计最大变形71.22mm，踢脚变形37.32mm；有支撑的地方，变形较小，随时间呈稳定增长或不變；基坑暴露时间越长，变形的增长越快。
由于开挖和分段不严格，架设支撑不及时，挖土对被动区土体扰动和主动区软土的流变特性，对地墙变形有较大影响。这充分验证了软土地区考虑时间和空间因素的必要性。
4.1.2变形的时空效应
以往的软土类工程实践表明，软土具有明显的流变特性。对于软土类基坑工程，这个问题同样不可忽视。
区别于其它的施工技术，基坑工程中的时空效应原理的施工方法有所不同，它主要强调及时的支撑架设和相应的挖土工艺（对称、平衡、分层、分段等）。考虑到这些因素，所以在建立变形计算模型时必须要引入时间和空间变量的概念，常用的考虑土的流变特性的分析计算方法有弹粘性有限元计算方法。
在设计计算基坑支护结构时，一般采用常规的杆系有限元，只要赋予其相应的土压力和被动抗力系数，便可求解出挡土结构对应的内力与变形。
参考相关资料知基坑在开挖过程中，由于软土的流变特性与被动区土压力和开挖方式的差异性，被动区土压力及水平抗力系数Kh都是变化的。可得到不同土层，工况条件下Kh的计算模型：
式中： 为第i层土体的重度；Ci是第i层土体的黏聚力； 是第i层土体的内摩擦角；hi，hi-1是第i层和第i-1层土体的层底埋深； 为第j道工序的开挖宽度； 为第j道工序的开挖深度； 为第j道工序的开挖时间；A1，A2，…，A7是待定系数；具体函数f由具体的条件确定。
由监测数据和统计规律得，墙后的主动土压力与采用的梯形分布相当接近，因此可以按面积相等等效成梯形分布。引入综合考虑时间、软土流变特性等的综合参数 ，定义 为按实测值设定的等效梯形面积与按弹性计算的主动土压力面积的比值，并且 约为0.7～1.0。
5.结语
软土地区深基坑工程采取地下连续墙的支护形式能充分体现安全、经济的原则。地下连续墙刚度大，挡土止水效果好，采用地下连续墙，变形小，基坑土体位移增加速率随开挖深度的增加逐渐变缓，并且有稍许回弹。当支护墙体刚度较小时，抗隆起安全系数随支护墙体刚度的增加而增大，但增加到一定程度即可作刚性；基坑隆起失稳面随支护墙体刚度的增加而变深、变宽。基坑抗隆起安全系数随基坑开挖深度的增加而降低，基坑隆起失稳面随开挖深度的增加而变深。
参考文献：（References）：
[1] 刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].中国建筑工业出版社，1997.
[2] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社，1999.
[3] 刘燕，刘国彬，孙晓玲，et al.考虑时空效应的软土地区深基坑变形分析[J].岩土工程学报，2006，28（b11）：1433-1436.
[4] 刘国彬，黄院雄，侯学渊.考虑时空效应的等效土体水平抗力系数的取值研究[J].土木工程学报，2001，34（3）：97-102.
[5] 刘建航.基坑工程时空效应理论和实践[C]// 面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）.1999.
（作者单位：华南理工大学）