建筑工程深基坑的變形分析及控制措施研究

喬軍

青海省第八地質(zhì)勘查院，中國·青海 西寧 810000

近些年來，中國城市的建設(shè)不斷加快，建筑工程項目數(shù)量越來越多，對質(zhì)量安全的要求也越來越高。作為建筑工程項目中的重要一環(huán)，深基坑的變形已然成為目前一個迫切而又重要的課題。論文基于國際現(xiàn)有的深基坑控制理論，對深基坑的變形進行了分析，并提出了相應(yīng)的控制措施，為中國建筑工程項目深基坑的變形控制提供一定的借鑒。

建筑工程；深基坑；變形；控制

1 建筑工程深基坑變形與控制措施研究現(xiàn)狀

在建筑工程項目中，深基坑變形問題十分復(fù)雜，系統(tǒng)性也很強，因此貫穿多個學(xué)科與多個領(lǐng)域。盡管深基坑變形問題的研究歷史由來已久，但控制及處理這個問題的難度仍較大，再加上現(xiàn)代建筑工程項目越發(fā)復(fù)雜，深基坑變形控制工作隨之也變得更加困難多變。在實際施工過程中，施工人員需充分依據(jù)前人總結(jié)的經(jīng)驗技術(shù)，再結(jié)合工程實際中遇到的問題，具體情況具體分析，在完成技術(shù)攻關(guān)的前提下確保變形問題在可控制的范圍內(nèi)。

現(xiàn)階段，關(guān)于深基坑變形問題的研究已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工分析層次上升到了數(shù)據(jù)模型的分析層次，借助計算機技術(shù)與信息技術(shù)，充分考慮各種可能造成深基坑變形的因素，提前預(yù)演，有效控制變形問題。這是工程技術(shù)發(fā)展的又一可喜變化，同時也是深基坑研究與其他學(xué)科相結(jié)合的實例，值得借鑒與應(yīng)用。

2 深基坑變形的特征

2.1 深基坑周圍地表的沉降分析

2.1.1 地表沉降原因

基坑開挖后，其周邊土體處于臨空狀態(tài)，原有的結(jié)構(gòu)平衡遭到破壞后，土體很容易因力釋放而發(fā)生滑動剪切破壞，也會因變得松軟而導(dǎo)致壓縮性增大。在原有荷載作用下，地基土?xí)a(chǎn)生新沉降。此外，基坑開挖降水還會導(dǎo)致周邊地下水位出現(xiàn)下降，進而形成以抽水井點為中心的降水漏斗，土體中的孔隙水壓力會由于降低的基坑周邊土層地下水位而消散，這一問題將直接增加土體中的有效應(yīng)力，新的固結(jié)沉降由此產(chǎn)生。

2.1.2 地表沉降的分布類型

從工程具體實踐來看，地表沉降的分布形式主要可歸納為“三角形”和“拋物線”這兩種?！叭切巍钡淖畲蟪两迭c位于基坑邊，“拋物線”的最大沉降點則離基坑邊有一定的距離。兩種地表沉降的分布類型如圖1所示。目前，學(xué)術(shù)界并未就上述兩種形式的產(chǎn)生條件達成一致的意見。

圖1 地表沉降的分布類型

2.1.3 地表沉降的空間分布規(guī)律

地表沉降的空間分布規(guī)律主要有以下三種：

（1）基坑中部附近剖面的地面沉降量遠遠大于基坑端部附近剖面的地表沉降量。

（2）基坑中部附近剖面的地表沉降曲線，有可能是“三角形”，也有可能是“拋物線”。受另一側(cè)圍護結(jié)構(gòu)支撐作用的影響，基坑角點附近的沉降分布形式往往是“拋物線”。

（3）基坑中部附近剖面區(qū)域內(nèi)不均勻沉降較大，因此其沉降分布曲線的曲率較大。

2.2 圍護結(jié)構(gòu)的水平位移分布規(guī)律

為探究圍護結(jié)構(gòu)的水平位移分布規(guī)律，本研究以帶內(nèi)支撐的樁墻為例。

2.2.1 圍護結(jié)構(gòu)水平位移的空間分布規(guī)律

諸多工程實踐顯示，越靠近圍護樁墻兩端，其空間作用越明顯，而越靠近跨中空間作用越弱。

2.2.2 圍護結(jié)構(gòu)水平位移隨時間的變化規(guī)律

第一，在基坑各開挖步內(nèi)，圍護墻體的位移往往會隨著時間的延長而增加，尤其是在軟土地基中。因此，在施工過程中應(yīng)盡量縮短各分布開挖的時間。

第二，在開始下一工礦時，圍護結(jié)構(gòu)的位移曲線往往會緊鄰上一工況結(jié)束時位移曲線的左側(cè)，主要是由于新增加的支撐和預(yù)應(yīng)軸力的約束，對位移的發(fā)展有著一定的限制作用，略減小了位移。但是隨著時間的延長，位移會逐步增大，隨之還會超過上一工況結(jié)束時的位移值。

設(shè)內(nèi)支撐的基坑，其圍護結(jié)構(gòu)最大位移會隨著基坑的不斷施工而向下移動，而位移最大值往往會出現(xiàn)在基坑開挖面附近，具體如圖2所示。

圖2 某地下連續(xù)墻水平位移分布規(guī)律

2.3 坑底的回彈、隆起空間分布規(guī)律

坑內(nèi)土體在開挖初期大多處于彈性受力階段，此時的坑底隆起主要是卸載后的彈性回彈，而隆起量較大的是基坑中部，靠近圍護墻的坑底土地的回彈在一定程度上會受到制約。而坑底隆起量會隨著開挖深度的增加而出現(xiàn)進一步加大的問題。

3 基坑變形的影響因素

筆者通過分析總結(jié)有關(guān)基坑變形的資料發(fā)現(xiàn)，在同一深基坑項目施工過程中，基坑變形的主要影響因素包括圍護結(jié)構(gòu)的剛度、入土深度、支撐或錨桿道數(shù)和預(yù)應(yīng)力、主體的變形模量這4 個因素，其中以圍護結(jié)構(gòu)入土深度、支撐或錨桿道數(shù)和預(yù)應(yīng)力因素尤為突出。

4 控制深基坑變形的措施

4.1 選擇基坑支護方案

（1）水泥土攪拌樁技術(shù)。從目前來看，中國5m 以內(nèi)基坑的首選支護形式是水泥土攪拌樁技術(shù)。水泥土攪拌樁技術(shù)適用于多種地質(zhì)條件，經(jīng)濟性較強，既能擋土又能擋水，在實際施工過程中有時還會和鉆孔灌注樁合用。

（2）土釘墻技術(shù)。土釘墻技術(shù)用料少、施工快、工程量小，對場地土層適應(yīng)性也比較強，是一種原位土加筋和強化的技術(shù)。較之其他技術(shù)，土釘墻技術(shù)可以隨著基坑開挖逐層分段作業(yè)，當基坑開挖完成時即可做好土釘墻，但并不適合在軟土、松砂土或地下水豐富的情況下應(yīng)用。

（3）鉆（沖、挖）孔樁、沉管灌注樁或鋼筋混凝土預(yù)制樁。該方案比較適合5m～10m 的深軟土基，如有必要，還可在基坑內(nèi)加內(nèi)支撐。如果需要防滲止水，則可輔以深層攪拌樁，有時也可應(yīng)用鋼板樁或H 型鋼樁。

（4）地下連續(xù)墻。對于大于10m 或周邊有非常重要的建筑物、地鐵的基坑，或是周邊有其他重要設(shè)施需嚴格控制基坑變形時，技術(shù)人員與施工人員往往會選擇地下連續(xù)墻方案。地下連續(xù)墻，既可作為擋土墻也可兼作地下室的外墻，在應(yīng)用中既可縮短基坑開挖和支護結(jié)構(gòu)大面積暴露的時間，又可改善支護結(jié)構(gòu)的受力性能，從而起到大大增強其剛度的作用。如此一來，支護結(jié)構(gòu)的變形問題以及其對相鄰設(shè)施的影響會大大減少，工程總造價也會大大降低?？偠灾?，地下連續(xù)墻是一種先進的施工作業(yè)方法[1]。

（5）其他一些支護結(jié)構(gòu)。近些年來，國際上又相繼出現(xiàn)了其他的一些支護技術(shù)，其造價比普通的樁墻低，且可應(yīng)用于深基坑支護結(jié)構(gòu)。具體包括閉合或非閉合擋土拱圈、連拱式支護結(jié)構(gòu)、樁-拱圍護體系以及拱形水泥土槽壁結(jié)構(gòu)等。

4.2 時空效應(yīng)原理的應(yīng)用

有專家學(xué)者在土體流變性的基礎(chǔ)上提出時空效應(yīng)理論，分層、分塊、限時、對稱、平衡是其主要施工原則。具體方案如下：第一，依據(jù)基坑工程規(guī)模、幾何尺寸、支撐形式、開挖深度以及地基加固條件，提出詳細的且具有可操作性得土方開挖分層與分塊方案；第二，在這一過程中，開挖時間與無支撐暴露時間需加以限時，每次開挖時支撐體系的力學(xué)平衡也應(yīng)得到保證[2]。

4.3 充分利用信息技術(shù)

4.3.1 有效監(jiān)測支護結(jié)構(gòu)

在進行深基坑支護施工時，需對支護結(jié)構(gòu)樁墻頂位移、傾斜、應(yīng)力以及支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力、錨桿錨固力、土壓力、土體孔隙水壓力等加以監(jiān)測。

4.3.2 及時監(jiān)測周邊環(huán)境

為及時捕捉到開挖各工況下的信息，施工人員需對臨近建筑物的沉降、臨近道路和地下管線的沉降、邊坡土體的位移和沉降加以監(jiān)測，同事還需對地下水位進行測試，對裂縫加以觀察。

4.3.3 適當加固土體

對于一些無法滿足要求的基坑變形，施工人員需適當加固相應(yīng)的土體，如通過注漿加固基坑周圍的土體來減少周圍建筑物、地鐵、管道側(cè)移。為提高基底土的強度，達到改善變形特性的目的，施工人員可采用壓力灌漿、水泥攪拌樁、石灰樁來加固基坑底土體[3]。

5 結(jié)語

受眾多因素的影響，深基坑開挖會產(chǎn)生較大的變形，進而威脅到基坑的安全性，還會對周圍環(huán)境帶來一定的危害。對此，論文總結(jié)了建筑工程項目中深基坑變形的基本特征，并據(jù)此分析了基坑變形的影響因素，根據(jù)自己的工作實踐提出了相應(yīng)的控制變形措施，以期為建筑工程深基坑的設(shè)計和施工提供參考意見。