軟土地區深基坑變形特性分析

李琳　楊敏  熊巨華

同濟大學　上海200092

引言

　　隨著工程建設的發展，高層、超高層建筑的發展和人們對地下空間的開發和利用日益增多，基坑工程不僅數量增多，而且向著更大、更深的方向發展。由于基坑工程常常在鬧市區施工，不僅要保證基坑自身的穩定安全，而且要保證周圍建筑物的安全和正常使用，在東南沿海的軟土地區，其工程地質和水文地質條件較差，土體具有高含水量、高靈敏度、高壓縮性、低密度、低滲透性和流塑等特點，更增加了基坑工程的難度。隨著變形控制設計理論在工程中的應用，開展基坑工程變形性狀研究分析具有重要意義。

　　基坑工程的變形主要由圍護結構位移、周圍地表沉降及基坑底部隆起三部分組成。這三者之間存在耦合關系，采用常規分析方法難以反映眾多因素的影響，有限單元法也存在很大的局限性。實測統計分析方法根據大量的基坑實測數據統計出一般的變形規律，可以為基坑支護的設計者提供參考。

1、深基坑變形實測資料

    隨著基坑深度的加大，灌注樁和地下連續墻成為軟土地區深基坑的主要圍護形式，列出了杭州和上海軟土地區46個深基坑工程的基本實測數據，包括灌注樁，地下連續墻兩種圍護結構，均為建筑基坑，不包含地鐵車站基坑，全部為順作法，深度從幾米深的普通基坑到深度接近30m的超深基坑，文中也列出了潤揚長江大橋北錨碇的測試結果作為對比，其深度接近50m。

2、深基坑變形特性分析

    圍護體的最大側向變形及位置與基坑開挖深度、圍護體剛度、支撐系統剛度、土質情況等因素有關，圍護墻體厚度的選取和支撐的布置及兩者的合理組合是控制圍護體變形的關鍵，這綜合反映在支撐系統的相對剛度中，抗隆起穩定不僅是強度控制設計中的主要方面，也是控制和估算墻體變形和地面沉降的關鍵因素，本節在表1工程實例統計結果的基礎上就以上各方面間的關系進行分析。

　　2.1最大側向位移與開挖深度的關系

    根據國外的工程實測結果統計表明，板樁支護結構的側移δh=1％，在有支撐的情況下δh=0.2％～0.5％H(H為基坑最終開挖深度，況是圍護體最大相對側移)，對于位于硬粘土、粉砂土中的基坑，δh=0.2％H，軟土中開挖的基坑的側向位移一般要比硬粘土和粉砂土中的要大。   

　　2.2支撐系統相對剛度與開挖深度的關系

　　為分析當前基坑深度加大后支撐系統的剛度變化，將支撐相對剛度與開挖深度關系繪出，可以看出在當前的基坑工程的設計中，支撐的相對剛度隨深度增大成比例增長，增長非常迅速，這可歸為兩方面的原因，一是由于土壓力隨深度增大的需要，二是隨著基坑深度的增加，設計者為了控制基坑變形而人為加大圍護體和支撐系統的剛度造成的。

    在前面最大側移與開挖深度的關系中可以看到，在深度較大時，隨著深度的加大，基坑圍護體產生較大側移的并不多，其最大相對側移趨于中間數值，這很大成分上是由于支撐系統的相對剛度隨深度過度增加造成的，不可避免地造成投資的增加。

　　2.4抗隆起穩定安全系數與深基坑變形的關系

    抗隆起穩定安全系數不僅是強度控制設計中的主要指標，也可用于變形的估算。工程實踐和研究表明深基坑圍護墻體的最大水平位移與基底的抗隆起穩定安全系數密切相關，根據它們之間的關系曲線及計算得到的抗隆起穩定安全系數可以得到圍護體的最大側移。

    工程實踐中也可以根據實測的坑外地面沉陷來推算基坑穩定程度，雖然從力學上來說，這兩者是脫節的，利用基坑抗隆起穩定計算的Prandt方法計算安全系數，根據實測的地面沉降建立相互關系。

3、變形控制標準分析

　　在建筑密集區開挖基坑時，除了滿足基坑本身穩定性的要求外，還必須保證圍護結構及地基土的變形不會對周邊環境造成危害，由于環境條件的復雜性和保護要求多樣性，基坑工程中須按具體環境條件與保護對象的容許變形值來確定基坑支護結構的變形控制等級，不同安全等級的基坑工程對圍護結構變形的控制標準不同，不同規范的規定也有差別。

　　可見對于基坑開挖提出的變形控制指標有用位移的絕對值來表示的，也有按位移與圍護結構高度的相對比值來表示的。其實這兩種不同的控制方法表示了不同的控制側重點，前者用于將圍護結構對相鄰建筑物的影響控制在許可的范圍內。后者從支護本身的工作性能出發，用于控制圍護結構本身處于安全的工作狀態，與安全系數相配合以保持圍護結構的安全剛。

　　當前基坑的深度在不斷的加大，工程實踐和有限元分析都表明，隨著深度的加大，圍護體的側移隨深度成非線性增長，這導致了即使基坑處于正常工作狀態，其發生的相對側移仍將超過現行規范的控制標準。另外在多數情況下，對房屋或管線構成危害的是不均勻沉降(地表角變位)和地表水平應變等，在較深基坑工程中，一般為施加預應力的多道支撐或錨拉式支護結構，最大位移一般發生在下部，圍護體頂部的位移往往很小，所以對深度較大的基坑應該也允許有較大的總沉降和水平位移。

4、結語

    通過對杭州和上海軟土地區46個深基坑實測結果的分析，對當前的基坑工程可有以下總結：

    (1)對于深度小于l2米的基坑，灌注樁圍護體的側移要大于連續墻，深度大于l2米的基坑圍護體以連續墻為主，隨著深度的增加產生較大相對側移的基坑在減少，最大相對側移的數值趨于中間值，其主要原因是由于當前圍護墻體和支撐系統的相對剛度隨深度增大迅速增長造成的。

　　(2)最大側移位置的埋深基本在開挖面附近，隨著深度的增加，基坑最大側移位置有向上移動的趨勢。

　　(3)抗隆起穩定安全度的提高對于減小基坑的變形具有重要作用，應該充分發揮抗隆起穩定對減小基坑圍護墻體側移的作用，同時根據抗隆起穩定安全系數可以預測基坑的變形。

　　(4)當前在基坑深度增大的情況下，基坑的變形在超出當前規范的控制標準的情況下亦可以保證基坑自身和周圍環境的安全。

參考文獻

[1]林應清．鉆孔灌注樁在深基坑圍護結構中的應用[J]．建筑施工，l998，20(2)：8-1 1

[2]趙錫宏，陳志明．高層建筑深基坑圍護工程實踐與分析[c]．上海，同濟大學出版，1996

[3]李永盛．鉆孔灌注樁圍護結構的變形實測研究[J]．建筑施工．l995，17(6)：14—21

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)