淺析深基坑開挖引起土體的位移

武 將

(重慶交通大學(xué))

淺析深基坑開挖引起土體的位移

武 將

(重慶交通大學(xué))

本文通過比對(duì)國內(nèi)外由深基開挖引起坑外土體的位移，總結(jié)出坑外地表沉降模式，確定了坑外地表沉降影響范圍，并對(duì)坑外深層土體沉降做了說明，分析了坑外土體的應(yīng)變。

深基 土體 沉降 應(yīng)變 位移

在基坑開挖后，坑外的土體將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的水平位移和豎向沉降，而這會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生比較大的影響，特別是緊挨著坑邊的建筑物，當(dāng)坑外土體發(fā)生較大位移時(shí)，可能出現(xiàn)建筑物發(fā)生破壞的情況。因此，坑外土體的位移是個(gè)重要參數(shù)，值得我們對(duì)此進(jìn)行了較為深入的研究。

一、坑外地表沉降模式

關(guān)于坑外土體沉降模式的研究，Peck（1969）在分析許多地區(qū)的基坑工程實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為地表沉降曲線為三角形模型。相比 Peck(1969)[1]的沉降曲線，Goldbergetal．（1976）[2]、Bowles（1988）[3]、Clough & O，Rourke(1990)[4]通過對(duì)若干實(shí)際工程案例的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在考慮更多影響因素的基礎(chǔ)上，也得出了墻后地表沉降的分布形式，雖然根據(jù)實(shí)際情況三角形狀不同，但地表沉降曲線模式均為三角形。Ou et al. (1993)[5]通過整理分析10個(gè)實(shí)際工程案例的實(shí)測數(shù)據(jù)，提出因基坑開挖而引起的地表沉降曲線有凹槽型和三角形兩種形態(tài)，并且認(rèn)為發(fā)生這兩種形態(tài)的區(qū)別是因?yàn)橛诰S護(hù)結(jié)構(gòu)變形的形式和大小。

在實(shí)際基坑工程中，坑外地表沉降是復(fù)雜的，往往是這兩個(gè)基本模式組合而成，需要根據(jù)不同的具體情況進(jìn)行具體分析。

二、坑外地表沉降影響范圍

坑外土體的沉降影響范圍，不僅與土體的水文地質(zhì)條件相關(guān)，尤其是軟弱下臥層的厚度及分布，同時(shí)還與基坑的開挖深度、圍護(hù)墻的嵌固深度、施工水平等密切相關(guān)。Peck（1969）、Clough & O，Rourke(1990)、Hsieh et al. (1998)和Ou et al. (1993)的研究成果同樣表明其影響范圍在開挖深度的2～4倍之間。歐章煜認(rèn)為坑外土體主要沉降影響區(qū)域?yàn)闈撛诘氖щ[破壞區(qū)域，當(dāng)基坑發(fā)生破壞時(shí)，其破壞區(qū)域即為沉降的主要影響區(qū)域，因此坑外土體的主要沉降影響區(qū)域可以同基坑失隱時(shí)的破壞性狀相互聯(lián)系，從而可以通過潛在的破壞性狀判斷坑外土體的主要沉降影響區(qū)域。

通過眾多學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，4倍的基坑開挖深度范圍內(nèi)是坑外土體位移的影響區(qū)域主要范圍，其中2倍基坑開挖深度范圍內(nèi)的土體位移最為明顯，2倍的開挖深度范圍之外，土體位移將逐漸減小，并最終可以忽略。

三、坑外深層土體沉降

深層土體的沉降將對(duì)周邊存在建（構(gòu)）筑物及管線時(shí)的基坑產(chǎn)生重要影響，因此研究坑外深層土體的位移變化情況，從而使基坑加固措施更加有的放矢。Ou et al. (2001)[8]通過分析臺(tái)北TNEC基坑工程的坑外深層土體位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：坑外土體的位移隨著其與墻體相對(duì)距離的變化而發(fā)生變化，距離墻體比較近的凸體，主要體現(xiàn)為水平位移，豎向位移相對(duì)要小很多；逐漸增大與墻體的相對(duì)距離時(shí)，水平位移逐漸減小，而豎向位移逐漸增大，在靠近地表沉降最大值所對(duì)應(yīng)的位置附近，其深層土體的豎向位移達(dá)到最大，并且在基坑坑底平面以上的豎向位移值基本不變；隨著與墻體的相對(duì)距離不斷繼續(xù)增大，土體的豎向位移與水平位移繼續(xù)減小并逐漸趨于零，在此區(qū)域的水平位移值一般相對(duì)豎向位移的數(shù)值小。

因此，為了合理預(yù)測坑外建筑物基礎(chǔ)深處或管線埋置深度處的坑外深層土體的唯一，需要研究其位移分布規(guī)律，從而對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效保護(hù)。

四、坑外土體的應(yīng)變

大量的工程實(shí)測數(shù)據(jù)表明:在一般的常規(guī)巖土工程中，如基礎(chǔ)工程基坑、及隧道等，以及常規(guī)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，土體的應(yīng)變變化范圍大多都在0.01%～0.3%范圍內(nèi)，而對(duì)于應(yīng)變值更小的土體變形，通過越來越多的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土體的應(yīng)變與其剛度有著重要的關(guān)系，特別是在土體發(fā)生極小應(yīng)變時(shí)。

在采用有限元等數(shù)值模擬分析方法分析基坑工程中土體變形時(shí)，在常規(guī)的數(shù)值計(jì)算過程中，通常不考慮土體的小應(yīng)變現(xiàn)象。在對(duì)基坑變形過程的研究中，特別是針對(duì)坑外環(huán)境保護(hù)要求很嚴(yán)的基坑工程，合理考慮土體的小應(yīng)變特性是非常必要的，能夠更加合理地評(píng)估基坑開挖對(duì)抗外環(huán)境的影響。

綜上所述，研究由深基開挖引起坑外土體的位移，是十分必要的。要在設(shè)計(jì)過程中充分考慮因深基坑開挖引起的土體位移，同時(shí)做好做深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)方案；在深基坑開挖過程中，尤要注意由開挖引起土體位移破壞性，應(yīng)按照計(jì)算分析結(jié)果，制定嚴(yán)密施工方案，嚴(yán)守施工工序，確保將由深基開挖造成土體的位移控制在安全范圍內(nèi)，確保深基開挖的同時(shí)，不對(duì)周圍環(huán)境及建筑物和人員造成破壞與傷害。

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[3] Bowles，J E Foundation analysis snd Design [M]．4th Edition，New York McGraw-hill Company，1988

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