高层建筑复杂环境条件下基坑变形与施工控制研究

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1、高层建筑复杂环境条件下基坑变形与施工控制研究　　【摘要】深基坑变形控制是岩土工程研究中的一个新领域，本文在阐述基坑变形机理及基坑变形的施工影响因素的基础上，提出控制基坑变形的措施，为深基坑的设计和施工提供参考。【关键词】基坑；变形；施工控制　　当前，随着我国城市建设规模的扩大，高层建筑越来越多，基坑工程面临挖深加大、土方开挖周期长、基坑周边环境复杂等诸多问题。由于这些深大基坑一次性卸荷量大，施工工期长、施工条件复杂困难，使得深基坑开挖对环境的影响十分显著，主要表现为周边建筑、道路、地下管道和管线因地基不均匀沉降开裂或断裂破坏等。因此，了解深大基坑的卸荷变

2、形性状和产生的影响的基础上，采取针对措施控制基坑变形，以控制深大基坑的卸荷影响和保护周边环境是目前基坑工程中面临的一个迫切而重要的课题。　　1基坑开挖变形机理　　坑底土体隆起　　坑底土体隆起是坑底土体原有应力状态因垂直卸荷而改变的结果。在开挖深度不大时，坑底土体卸荷后发生垂直向的弹性隆起，坑底弹性隆起在开挖停止后很快停止，这种坑底隆起基本上不会引起围护墙外的土体向坑内移动，随着开挖深度的增加，基坑内外的土面高度差和地面各种超载作用下，就会使围护墙外侧的土体向基坑内移动，引起围护墙的变形，同时在基坑周围产生较大的塑性区，引起坑内土体的塑性隆起和坑周地面沉降

3、。尤其当支护结构插入深度不足时，更易在基坑开挖深度较小时即发生基周围土体的塑性流动，引起坑底的塑性隆起，当塑性变形发展到极限状态时，基坑外的土体向坑内产生破坏性的滑动，使基坑失稳，基坑周围地层发生大量沉陷。　　围护墙变形和位移　　基坑开挖时，荷载不平衡导致围护墙体产生水平向变形和位移，从而改变基坑外围土体的原始应力状态而引起地层移动。基坑开挖时，围护墙内侧卸去原有土压力，而基坑外侧受到主动土压力，坑底墙体内侧受到全部或部分被动土压力，不平衡土压力使墙体产生变形和位移。围护墙的变形和位移又使墙体主动土压力区和被动土压力区的土体发生位移，墙外侧主动土压力区的

4、土体向坑内移动，使背后土体水平应力减小，剪力增大，出现塑性区；而在开挖面以下的被动区土体向坑内移动，使坑底土体水平向应力加大，导致坑底土体剪应力增大而发生水平向挤压和向上隆起的位移。墙体变形不仅使墙外侧发生地层损失而引起地表沉降，而且使墙外侧塑性区扩大，因而增加了墙外土体向坑内的移动和相应的坑内隆起，墙体的变形和坑外土体向坑内的移动是引起周围地层移动的重要原因。　　墙后地表沉降　　基坑开挖的过程就是基坑内卸荷的过程，由于卸荷引起坑底土体隆起以外，还会引起坑外土层向坑内移动，从而引起坑外地表沉降。可以认为，基坑开挖引起周围地层移动的主要原因是坑底的土体隆起

5、和围护墙的侧向位移。当然，地下水的渗流、软土的流变性以及其他施工因素等也会对坑外地表沉降造成影响。　　2基坑变形对建筑施工的影响因素　　对此问题，笔者以实践参与的某工程为例进行说明。该基坑工程设计总建筑面积为XX0m2，其中地下部分3层，开挖面积约9000m2，平均开挖深度。基坑施工分4层进行挖土。基坑围护结构采用地下连续墙及3层钢筋混凝土平面框架支撑体系。地下连续墙厚，深26m，按6m标准分幅。3道钢筋混凝土支撑断面分别为、、。3道支撑中心标高为：第1道-，第2道-，第3道-。为保证基坑稳定、控制基坑变形，连续墙内侧被动区土体采用水泥搅拌加固。基坑变形

6、的施工影响因素主要为：　　开挖深度的影响　　随着开挖深度的增加，支护墙的水平位移和正弯矩逐渐增加。其中支护墙的顶端位移在未加支撑时最大，当第l道支撑施加之后有所减小并保持稳定。当土体开挖到6m时，支护墙出现了最大的负弯矩；当第2道、第3道支撑加上之后，第1道支撑轴力有所减小，负弯矩也随之减小。　　开挖宽度的影响　　为分析基坑宽度对墙体位移的影响，将基坑开挖宽度分别取为原值的倍、倍和倍计算，其他参数保持不变。由计算结果得，当基坑开挖宽度增大时，墙体水平位移也增大，同时墙体的弯矩也有比较明显的增大。因此，在实际工程中，为了保证墙体的安全，不应使基坑开挖宽度过

7、大。　　支撑与开挖顺序的影响　　基坑开挖有“先撑后挖”及“先挖后撑”两种方式，前者墙后土体在约束状态下卸载，后者是先卸载再加约束。试验结果表明，采用后者进行开挖时，支护墙的最大水平位移明显增加，而墙体的正弯矩有所减小，负弯矩明显增大。　　基坑空间效应的影响　　在基坑深度方向上，围护结构的最大水平位移发生在基坑底面附近。而在沿基坑边的方向，位移为拐角处小，中间大；主动土压力的分布与水平位移呈现出相反的规律，而被动土压力的规律则又反之。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，空间效应减弱。当长宽比超过一定值之后，其最大水平位移已接近于按二维

8、平面应变问题分析的结果。　　3基坑变形的施工控制措施　　基坑支护方案选择　　钻(