淺談基坑圍護(hù)穩(wěn)定性的影響因素

袁樂天

(江蘇建院營(yíng)造有限公司 15000)

1 內(nèi)支撐對(duì)穩(wěn)定性的影響

1.1 基坑開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

通常情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)體系有兩種破壞形態(tài)：一是功能性破壞；二是結(jié)構(gòu)性破壞。

1).承載力極限狀態(tài)

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力達(dá)到極限狀態(tài)或者已經(jīng)不適于繼續(xù)承載，繼續(xù)承載會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體或者部分破壞時(shí)，這一狀態(tài)即為承載能力極限狀態(tài)。支護(hù)墻體承載能力極限狀態(tài)表現(xiàn)為以下四點(diǎn)：

(1)墻體斷裂

(2)踢角遭到損害

(3)墻體坍塌

(4)錨撐失去穩(wěn)定性

承載能力在達(dá)到極限時(shí)受到破壞極有可能會(huì)對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)造成損害，這種損害對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)都有傷害。所以，應(yīng)該避免這種情況發(fā)生。

2).正常使用狀態(tài)下的極限標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂等不適合正常使用的狀態(tài)，繼續(xù)使用會(huì)使結(jié)構(gòu)持續(xù)性破壞或者讓人感覺不舒適，這一狀態(tài)就叫做正常使用極限狀態(tài)。支護(hù)結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)大程度的變形亦或是周圍的底下管線損壞和周圍建筑物破壞的情況，則能夠判斷周圍的維護(hù)結(jié)構(gòu)超出了正常狀態(tài)下的使用限度。

所以，可以根據(jù)上訴觀點(diǎn)將基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)定義：在基坑超過正常使用的限度時(shí)，基坑屬于正常使用性的失穩(wěn)；在基坑超過承載力極限的狀態(tài)，基坑屬于結(jié)構(gòu)性的失穩(wěn)。

1.2 判別基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否失穩(wěn)

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生墻體折斷、踢角破壞、墻體跨塌或錨撐失穩(wěn)時(shí)可以判定為基坑結(jié)構(gòu)性的失去穩(wěn)定；而若是基坑開挖的深度過深，主體基坑的支撐防護(hù)結(jié)構(gòu)為一級(jí)的安全等級(jí)，若基坑的安全等級(jí)為一級(jí)的情況下，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，當(dāng)基坑地表的沉降幅度為≥0.1%H，支撐防護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移為i＞0.14%的情況下，便可以認(rèn)定為該基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于正常使用性的失去穩(wěn)定性。

1.3 內(nèi)支撐根數(shù)的影響分析

支撐道數(shù)的多少與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和變形息息相關(guān)，很明顯的是，支撐道數(shù)越多，它的支撐力就越大，結(jié)構(gòu)越安全。但是實(shí)在富余的支撐力不僅提高了工程造價(jià)還會(huì)減慢工程進(jìn)度，所以基坑計(jì)算設(shè)計(jì)就是一個(gè)尋找平衡點(diǎn)的過程，綜合考慮各方因素，達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)雙贏的效果。

下表1總結(jié)羅列了不同支撐道數(shù)情況下，基坑得最大支撐力、最大墻體彎矩、最大地表沉降、最大墻體變形值。由此可以判斷，由于支撐道數(shù)的逐步減少，在水平的墻體壓力下，受力分擔(dān)的比例增多，連續(xù)墻中的彎矩值也會(huì)隨之遞加，還促使被動(dòng)區(qū)土體被動(dòng)壓力增加。由此可以得出結(jié)論：“踢腳"失去穩(wěn)定性的最易發(fā)生情況是在減少支撐道數(shù)的情況，在施工中應(yīng)該注意避免這種情況發(fā)生。

表1 不同范圍的支撐道數(shù)基坑變形

2 地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)參數(shù)的影響

2.1 墻體剛度對(duì)基坑穩(wěn)定性影響

圖2、3分別是不同剛度比下坑周土體和強(qiáng)身位移曲線，由圖可知，增加墻體的剛度，可以有效地是減少在工程過程中墻體頂部變位同時(shí)控制地表沉降現(xiàn)象，雖然增加墻體的剛度，通過增加厚度的辦法最大限度控制和減小墻體的水平位移和地表沉降，但是無形當(dāng)中成本也隨之提高了，因此，一般情況下在確保安全情況下，往往采用其他方法來解決上述問題。通過下圖可以看出，墻體的水平變形隨著墻體剛度的增加減小，變形減小而使得上部分的主動(dòng)土壓力增大，增大的土壓力被墻體內(nèi)側(cè)的被動(dòng)區(qū)土體承擔(dān)，墻體根部的水平位移與墻體的剛度呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)隨著墻體剛度的變大，曲線斜率逐漸變小，說明剛度的變化并不會(huì)對(duì)減輕墻體位移和沉降現(xiàn)象產(chǎn)生明顯的作用，也就是說僅僅依靠增加墻體厚度單一方法來限制變形是達(dá)不到良好的經(jīng)濟(jì)效益的。

圖1 不同剛度比下坑周土體沉降曲線

圖2 不同剛度比下墻身水平位移曲線

2.2 墻體嵌固深度對(duì)基坑穩(wěn)定性影響

影響擋土結(jié)構(gòu)擋土結(jié)構(gòu)的受力和穩(wěn)定直接因素之一是嵌固深度，一方面，嵌固的深度如果不足，則影響擋土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響小擋土結(jié)構(gòu)變形太大，影響過大又容易造成基坑不穩(wěn)，威脅周圍環(huán)境。此外，同上述情況類似，嵌固深度過深工程造價(jià)同樣增加，在設(shè)計(jì)擋土結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)當(dāng)特別注意的問題之一是計(jì)算出合理的嵌固深度，到達(dá)安全經(jīng)濟(jì)的效果。

支護(hù)結(jié)構(gòu)的顴骨深度是設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一，前文我們提到墻體入土深度不夠是事故的主要誘因，支護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜也歸因?yàn)閴w入土深度不夠，不僅會(huì)威脅到工程的施工進(jìn)展，同時(shí)造成人員、財(cái)產(chǎn)損失。例如，懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，在施工時(shí)強(qiáng)大的外力全部施加在被動(dòng)區(qū)的土體，也就是說支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和受力情況取決于墻體的入土深度，但當(dāng)連續(xù)墻的嵌固深度大于0.09～1.0H的時(shí)候，從圖上變化曲線可以看出斜率是不斷減小的，說明繼續(xù)加大墻體埋入深度對(duì)改善結(jié)構(gòu)受力情況的效果不大。自身剛度較大的支護(hù)結(jié)構(gòu)加之由多道支撐構(gòu)成，因此受嵌固深度這一因素的影響并不明顯，通過加設(shè)支撐，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)就可以避免失穩(wěn)發(fā)生，由此得出結(jié)論，此類結(jié)構(gòu)可以減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度，根據(jù)對(duì)上述問題的總結(jié)，較為常用的處理方法是考慮總體穩(wěn)定性和防止管涌的條件二者情況從而算出支護(hù)結(jié)構(gòu)的最小嵌固深度即可。

表2：墻體水平位移與地表沉降同墻體嵌固深度的關(guān)系

3 結(jié)語

本文論述了基坑正常使用穩(wěn)定性的各大主要影響因素。而且，本文認(rèn)為如果基坑在施工時(shí)選擇的是剛度較強(qiáng)的內(nèi)支撐，那么此時(shí)再依靠增加墻體的嵌固深度來控制支護(hù)墻體的水平變位收效甚微，所以說支護(hù)墻體水平位移的決定性因素是內(nèi)支撐體系的剛度。

[1]劉建航, 侯學(xué)淵. 基坑工程手冊(cè)[M]. 北京. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1997.

[2]侯學(xué)淵, 楊敏主編. 軟土地基變形控制設(shè)計(jì)理論和工程實(shí)踐[M]. 上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社, 1996, 64-217.

[3]陳忠漢, 程麗萍. 深基坑工程[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999, 10-54.