软土地区深基坑施工引起的变形及控制分析

关键词：软土；深基坑；变形；控制 

　　由于深基坑开挖变形过大所带来的事故时有发生，在市区为保护邻近建筑物、地铁、地下管线、道路等设施的安全，对基坑的变形做出严格的限制。基坑工程不仅要保证围护结构本身的安全，还要保证周围建筑物的安全和正常使用，因此，基坑工程变形控制研究越来越得到重视。 

　　1深基坑变形机理 

　　基坑支护结构除满足强度要求外，还需满足变形要求，在软土地区，后者往往占主导地位。基坑工程的变形主要由围护结构位移、周围地表沉降及基坑底部土体隆起三部分组成。深基坑开挖过程中，开挖面上因土体开挖而卸载，因此引起基坑底部土体产生以向上为主的位移，围护结构在两侧压力差作用下产生向基坑内的水平位移和相应的土体变形，而周围地表沉降主要来自围护结构位移。这三者之间存在耦合关系，影响基坑变形的因素很复杂。 

　　1.1围护结构变形 

　　基坑开挖导致围护墙内侧原有的压力被卸去，在基坑外侧主动土压力作用下，产生不平衡土压力，进而使墙体产生位移和变形。对于悬臂围护结构，墙体侧向变形一般为墙体绕坑底以下的某点向基坑内部倾斜，而墙顶位移最大，呈三角形分布。然而，随着基坑的开挖，墙体的侧向变形呈现出墙体腹部向坑内凸起而墙顶位移基本不变的情况。尤其在软土地区，由于围护结构限制了坑外土体向坑内的流动，因此，围护结构变形是导致坑外地表沉降和深层土体移动的主要原因。 

　　1.2围护结构后的地表沉降 

　　基坑开挖后周边土体处于临空状态，原有的结构平衡遭到破坏，土体开始应力释放容易发生滑动剪切破坏，地基土在原有荷载作用下产生新沉降；另外，基坑开挖降水引起周边地下水位下降，形成以抽水井点为中心的降水漏斗，由于基坑周边土层地下水位降低，土体中的孔隙水压力消散，直接导致土体中有效应力增加，土体产生了新的固结沉降。 

　　地表沉降的分布形式可近似归纳为“三角形”和“抛物线”两种，前者最大沉降点位于基坑边，后者最大沉降点离基坑边有一定距离。基坑中部附近剖面的地表沉降曲线可能是“三角形”也可能是“抛物线”，而基坑角点附近由于受到另一侧围护结构的支撑作用，其沉降分布形式常常为“抛物线”。基坑中部附近剖面的沉降分布曲线曲率较大，即在这个区域内不均匀沉降较大。 

　　1.3基坑底部的回弹和隆起 

　　基坑底部的回弹和隆起是由于原有垂直方向应力状态突然改变而造成的结果，开挖基坑时会引起底部变形的原因主要有两方面：一是由于在消除了基坑内土体自重应力作用后，坑底土体回弹；二是由于基坑周围土体在自重作用下对土体进行挤压以及水平向挤压土体，使得坑底土体隆起。在不同的基坑中，引起的变形形式也有所不同，在窄而浅的基坑中，底部隆起一般为中间大、两边小，在较宽的基坑中，底部隆起最大位置在距墙体一定距离处，基坑中心的隆起量较小。 

　　2基坑变形的施工影响因素 

　　2.1开挖深度和宽度的影响 

　　随着基坑开挖深度和宽度的增大，基坑围护结构的变形愈发明显，同时，墙体的弯矩也明显增大。因此，在实际工程中，为了保证墙体安全，应及时支撑架设以实现对基坑的有效控制。 

　　2.2支撑与开挖顺序的影响 

　　在开挖基坑时可采用两种方式，分别为“先撑后挖”和“先挖后撑”。前者建造围护结构之后，使土体在约束状态下进行卸载；而后者则是先卸载土体再加约束维护结构。实践表明，采用“先挖后撑”方式开挖基坑更易造成围护结构增加最大水平位移。 

　　2.3基坑开挖空间效应的影响 

　　基坑开挖空间效应可以概括为：主动土压力的分布与水平位移情况相反，而被动土压力则与水平位移情况相同。基坑垂直方向上，在基坑底面出现围护结构的最大水平位移。而沿基坑边的方向上，位移特征则呈现拐角处较小、中间偏大的情况。随着基坑长宽比的增大，围护结构长边的最大水平位移不断增大，那么空间效应也随之不断减弱。 

　　2.4其他方面的影响 

　　①在基坑边缘堆放大量的建筑材料、从基坑中开挖的土方或者在边缘搭建临时建筑都会使基坑支护结构产生附加压力，增大支护结构的变形。 

　　②挖土机械停留在支护结构附近反铲挖土时，支护结构所承受的压力会大大增加，可能会超出设计计算的安全储备，从而造成支护结构的大变形。 

　　③在开挖过程中，挖土机械会碰撞支护撞墙以及支护系统，这会造成支护系统的破坏，从而引起支护结构的位移。 

　　④如果开挖过程中，开挖过快且高差过大，会破坏土体的平衡状态，降低土体的抗剪强度，甚至造成土体的位移引起滑坡。 

　　⑤如果相邻基坑同时施工，一方基坑进行开挖，另一方基坑打桩，打桩过程中产生的超静孔隙水压力将造成严重的挤土作用，使相邻基坑的支护桩和工程桩受到严重影响造成位移。 

　　⑥在支撑设施拆除前若未采取换撑措施，支撑拆除后将引起围护结构的较大变形，甚至造成失稳破坏。 

　　3基坑变形的施工控制措施 

　　3.1采取正确的开挖方法 

　　注意不同的基坑选择不同的施工方法，圆形坑可用环形支撑，长条形坑可分层、分段对称开挖，边挖边撑，并将每小段的支撑施工时间限制在一定范围之内；中心岛法开挖，中间留着的土起压重作用，可与分层开挖相配合。 

　　3.2根据地质条件，采取加固措施 

　　当确实难以满足开挖要求时，可适当加固坑边及坑底的软土体。坑外侧的加固可呈阶梯形，重点加固下部；侧壁应在坑下底部范围内分条加固，并配以跟踪注浆，有利于减小墙体的变形，同时侧墙和侧底在一定范围内的加固也可以减小墙体的变形。 

　　3.3注意基坑工程的时空效应 

　　先挖掉中间一块，做好支撑，然后再挖周边，可以缩短支撑时间。施工过程应该把注意力放在防止过大的变形使支撑弯曲或折断上；防止基脚处黏土的破坏及流砂使上部土塌落；防止承压水压力大导致底板黏土层及防止卸荷后基底隆起。施工过程中要做好开挖与支撑的紧密配合，头道支撑的施工一定要及时。 

　　3.4注意基坑排水 

　　地下水对开挖稳定性有着重要的影响，因此，地下水是开挖过程中必须考虑的重要因素 采取有效的地下水处理措施，通常做法是降低地下水水位与隔离地下水。施工中做好排水与防渗工作，抽水降低承压水头，必要时，可进行坑底加固，雨季施工排水尤为重要。 

　　3.5加强基坑变形监测，实施动态施工 

　　实施动态施工是处理基坑开挖变形的较好途径。基坑设计属于采用定值的静态设计，但基坑开挖过程中，最大的特点是动。施工过程中，土的应力支护变形以及土体变形都是在不断变化的，这就导致了施工实际情况与设计的差别。通过现场监测，及时对设计方案根据现场情况进行更改。 

　　4结语 

　　深基坑工程在岩土工程中作为一个高难度和高风险的岩土的课题，在基坑的开挖和维护中面临的问题具有高度的不确定性和复杂性。如何有效控制和预防基坑围护机构的变形至关重要，因此，为保证深基坑的经济性及安全性，需在准确掌握基坑变形原理和了解其影响因素的基础上，针对性地按照相关规范进行设计和施工。 

　　参考文献： 

　　[1]郑刚，焦莹.深基坑工程设计理论及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2010. 

　　[2]谢定义，林本海，邵生俊.岩土工程学[M].北京：高等教育出版社，2008.