基坑工程穩(wěn)定與變形分析的若干問題研究

劉紅健　趙忠寬

摘要：改革開放以后，我國城市建設越來越快，城市的基礎建設、房屋建筑呈現(xiàn)出井噴似的高峰發(fā)展，許多大型的高層建筑、大規(guī)模的地下工程等等深基坑工程不斷的創(chuàng)新記錄。超過萬平米開挖面積的基坑數(shù)量越來越多。而然各類基坑工程無論從安全、經(jīng)濟，還是從對周邊環(huán)境的要求來說，都有不同的具體要求，雖然，我國面對這種情況，已經(jīng)頒布了國家標準，各地區(qū)也先后實施了各自的技術規(guī)范，但基坑工程設計，由于其復雜性和難度高等因素，還是有很多問題，是相關部分需要研究的課題。

關鍵詞：基坑工程；穩(wěn)定與變形分析；基坑寬度

中圖分類號：TU753

一、國內(nèi)外基坑工程穩(wěn)定與變形分析的研究現(xiàn)狀

處在一個城市中心地帶的基坑工程，一般周圍的施工環(huán)境會非常復雜，那么在這類基坑工程設計中，為了防止基坑變形，基坑支護結構就要有強大的強度和穩(wěn)定性。

從上世紀四十年代到七十年代末，國外很多相關專家就對軟黏土深基坑的穩(wěn)定和變形分析進行過研究，在研究過程中，他們不斷摸索，發(fā)現(xiàn)基坑基坑開挖空間的大小、順序和時間，都和軟黏土中深基坑的穩(wěn)定性和變形都與尺寸有關系。國內(nèi)一些專家在參考了國外研究成果后，也通過理論和實際，再一次證明了基坑空間效應和基坑工程對周邊環(huán)境的影響。

國內(nèi)有專家提出，深基坑設計，其實并不是之前所想的二維平面問題，其實是一個三維立體的空間問題，比較復雜。以前是在二維平面假設的基礎上，利用朗肯壓力理論對圍護體系進行設計，這種設計過于保守，過于安全。但其實在設計施工中，應該有大膽的創(chuàng)新精神，應該充分利用空間效應的影響，在較短的邊長開挖，同時考慮到基坑端部存在的固端作用，適當減弱基坑端部的支護體系強度，使圍護設計更加經(jīng)濟。

二、對目前基坑工程坑底抗隆起穩(wěn)定性分析

基坑工程在開挖過程中，土體的強度、設計支護機構的強度、雨水、施工震動，坑外嚴重超載等等內(nèi)在外在的各種因素都會影響到基坑工程的穩(wěn)定性。尤其是坑底隆起是發(fā)生最多，也是最常見的使基坑工程不穩(wěn)定的破壞方式。因此，在基坑工程設計中，保證基坑有足夠的抗隆起穩(wěn)定性是非常重要的，也是保證基坑工程穩(wěn)定安全，減少基坑圍護變形的有效手段。

（一）基坑寬度

基坑寬度是對抗隆起穩(wěn)定性進行分析的首要因素。在分析過程中，筆者通過基本算例，在保持其他參數(shù)不做變化的基礎上，改變了基坑寬度。當嵌固深度小于基坑寬度后，基坑寬度對整個基坑抗隆起安全系數(shù)是沒有任何影響的，所以，在算例中，只需要在基本算例的基礎上，考慮嵌固寬度大于基坑寬度的條件。另外，汪夏法以及部分城市對基坑工程的技術規(guī)范中，是沒有受基坑寬度的影響的，所以，計算出來的結果是固定值。

但淤泥土質(zhì)和粉塵土地的地基基坑中，基坑寬度對抗隆起穩(wěn)定性是有影響的。比如基坑寬度減小，基坑抗隆起安全系數(shù)就會增大，其安全系數(shù)的增長率會逐漸降低，從而減少基坑寬度對提高基坑抗隆起穩(wěn)定性的影響。

（二）嵌固深度

在分析抗隆起穩(wěn)定性中，嵌固深度也是一個重要因素。在基本算例中，變動嵌固深度，對基坑抗隆起穩(wěn)定性的影響是這樣的，不論是淤泥質(zhì)土，還是粉土基坑的情況，嵌固深度都影響著基坑抗隆起安全系數(shù)，具體表現(xiàn)是，嵌固深度增加，抗隆起安全系數(shù)也隨之增大；而黨嵌固深度和基坑寬度相同時，抗隆起安全系數(shù)增長的速度較慢，當嵌固深度比基坑寬度大時，抗隆起安全系數(shù)與嵌固深度的聯(lián)系更為 緊密，一般是隨著嵌固深度的增加，增大的速度也會不斷更大。因此，在實際的基坑工程中，可以利用這個特點，增大擋墻的插入深度，使基坑更加穩(wěn)定。

（三）土體參數(shù)

在基坑工程中，土體的重度、粘聚力、摩擦角、泊松比、彈性衡量、固結歷史等等土體的參考數(shù)據(jù)非常多。通過計算發(fā)現(xiàn)，假定的滑動面上的剪力提供了土體抗隆起彎矩，而土體剪力和水平土的壓力系數(shù)和土體的強度數(shù)據(jù)有關系，所以，土體的強度深深影響著基坑抗隆起的穩(wěn)定性。在圍繞土體參數(shù)中粘聚力進行研究時，我們可以看出：土體粘聚力越增大，淤泥土質(zhì)和粉塵土質(zhì)兩種條件下，基坑抗隆起安全系數(shù)均發(fā)生了和線性相近的增長，雖然增長幅度不大。在粉土基坑中，抗隆起安全系數(shù)從三點七六增長到三點九，增長了百分之三點七，而在淤泥土質(zhì)基坑中，抗隆起安全系數(shù)從一點六八增長一點九三，增長了百倍之十四點九。這就說明，在淤泥土質(zhì)中，土體粘聚力的變化對抗隆起安全系數(shù)有一定的影響。而在土體內(nèi)摩擦角的基礎上變化正負五度的情況下，隨著內(nèi)角增大，淤泥土質(zhì)和粉土土質(zhì)的基坑抗隆起安全系數(shù)都變大了，淤泥基坑的抗隆起安全系數(shù)從零點九三增至二點六四，增長了百分之一百八十三點九；在粉土基坑中，安全系數(shù)從二點九七增長四點七五，增長了百分之五十九點九。從這些變化來看，基坑抗隆起穩(wěn)定性受內(nèi)摩擦角的影響比受土體粘聚力的影響更大一些。

三、結語

目前，我國通過對基坑抗隆起穩(wěn)定性方面的分析和研究，已經(jīng)出臺了很多的規(guī)范和要求，但由于計算方法和種類比較的繁雜多樣，對基坑抗隆起的安全系數(shù)的選擇沒有進行統(tǒng)一，這些都給基坑工程設計帶來困難。因此，在基坑工程穩(wěn)定與變形的若干問題上還要再進行進一步的分析，以便更好的為基坑工程設計提供參考數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]夏霄.基坑工程穩(wěn)定與變形分析的若干問題研究[D].導師：俞建霖.浙江大學，2015.

[2]張玉成，楊光華，鐘志輝，姜燕，喬有梁，方大勇，胡海英，劉鵬.軟土基坑設計若干關鍵問題探討及基坑設計實例應用分析[J].巖石力學與工程學報，2012，（11）：23342343.

[3]趙延林.深基坑穩(wěn)定與變形的可靠性分析[D].導師：安偉光.哈爾濱工程大學，2012.

[4]劉穎. 對城市河道景觀設計的認識與體會[J]. 湖南水利水電，2013，（02）：7980.

[5]房建華，王強，王少東，王敏勇. 濟南市生態(tài)水利建設實踐及保障措施[J].中國水利，2012，（21）：5962.