淺談鄰近復(fù)合地基建筑物的工程基坑支護(hù)方案的研究

孫偉

摘要：隨著城市化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，基坑工程越來越普遍。受限于有限的城市建筑用地，基坑周邊緊鄰既有建筑物的情況十分常見?；娱_挖土體卸荷作用會(huì)使周邊地面及建筑物產(chǎn)生變形，在軟土場(chǎng)地上表現(xiàn)尤為明顯?；又ёo(hù)方案選型與設(shè)計(jì)優(yōu)化中需要考慮對(duì)這些相鄰建筑物地基變形的影響，以期在基坑安全性與工程效益之間尋求一個(gè)理想的方案。

關(guān)鍵詞：基坑;復(fù)合地基;支護(hù)結(jié)構(gòu)

近年來，土地資源越來越緊缺。為提高土地利用程度，各地對(duì)地下空間的開發(fā)強(qiáng)度越來越大，地下工程、基坑工程在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中十分普遍。同時(shí)，城市建筑密度大，新建項(xiàng)目周邊往往緊鄰各類不同基礎(chǔ)形式的既有建筑，這其中包括復(fù)合地基、天然地基等。這類基坑工程，由于邊界條件的約束，在實(shí)際工程中需要工程設(shè)計(jì)人員對(duì)鄰近建筑物的變形問題進(jìn)行認(rèn)真核算，對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化。

1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵要素

工程中對(duì)鄰近既有建筑的基坑項(xiàng)目提出了一些需要探討研究的問題，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：

1.1 在基坑方案選型與計(jì)算中，需要通盤考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身受力及變形、周邊地面沉降及鄰近建筑物的沉降傾斜等控制因素，在這些因素中尋求安全與經(jīng)濟(jì)效益的平衡。常規(guī)的設(shè)計(jì)方法難以協(xié)同考慮這么多因素，需要借助數(shù)值模擬計(jì)算等方法;這其中本構(gòu)關(guān)系以及建模有關(guān)的一些參數(shù)的選取尚缺乏普遍性的參考依據(jù)，需要結(jié)合工程實(shí)際開展分析研究。

1.2 基坑開挖導(dǎo)致坑外土體卸荷，鄰近建筑的復(fù)合地基起到阻擋土體水平變形的作用。但復(fù)合地基又不同于樁基礎(chǔ)，其豎向增強(qiáng)體長(zhǎng)度一般較短，基坑支護(hù)樁長(zhǎng)不足或者基坑開挖裸露時(shí)間過長(zhǎng)將導(dǎo)致復(fù)合地基水平變形增大，進(jìn)而導(dǎo)致既有建筑的沉降變形。因此，在基坑支護(hù)方案的選型優(yōu)化中，如何既一定程度利用鄰近建筑復(fù)合地基對(duì)坑外土體的加固作用，同時(shí)控制其變形在可控和允許范圍內(nèi)，是值得開展實(shí)踐性研究的。

尤其是像天津?yàn)I海地區(qū)這類軟土廣泛分布的地區(qū)，地質(zhì)條件對(duì)基坑開挖變形控制極為不利;但在基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員往往忽略既有建筑物與基坑的相互影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案偏于保守或偏于不安全。

2 關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素對(duì)基坑變形影響的研究現(xiàn)狀

2.1 土力學(xué)理論

按照經(jīng)典土力學(xué)理論，在基坑土方開挖的過程中，開挖深度范圍內(nèi)的土體會(huì)發(fā)生卸荷，導(dǎo)致坑外土體受到的水平應(yīng)力約束不斷降低，土體具有向坑內(nèi)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，進(jìn)而擠壓圍護(hù)結(jié)構(gòu)，坑外土體作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的力也由靜止土壓力向主動(dòng)土壓力轉(zhuǎn)變。隨著基坑開挖深度加大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到的水平向剪力不斷增大，受到的凈土壓力也越來越大，支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大彎矩及朝向坑內(nèi)的變形。

2.2 基坑變形的模式

基坑開挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形受到土體性質(zhì)、降水情況、土體開挖面積及深度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐剛度、施工工序、周圍建筑物等多種因素影響，并非簡(jiǎn)單地表現(xiàn)為單一、確定的形式。根據(jù)大量工程實(shí)測(cè)資料，分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形態(tài)的差異，總結(jié)得出了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的四種模式，分別為：內(nèi)凸式，復(fù)合式，懸臂式以及踢腳式。

2.3 影響基坑開挖變形的因素

圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生最大水平位移的位置受到基坑開挖深度、樁型、樁徑以及支撐設(shè)置情況等因素的影響。有研究認(rèn)為，在施工過程中隨著土方向下開挖，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移位置相應(yīng)逐漸下降，并最終發(fā)生在基坑開挖面附近。對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移的計(jì)算是設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞著基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形值與支護(hù)方式、土層條件、基坑抗隆起安全系數(shù)等之間的聯(lián)系進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，提出了許多估算基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形值的方法。結(jié)果表明，圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)其最大變形值的影響是比較顯著的。

2.4 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度對(duì)基坑變形的影響

秦會(huì)來[1]等人針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度對(duì)基坑變形的影響開展了分析研究，認(rèn)為在特定地質(zhì)條件下，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度是控制基坑變形的主要手段，提高抗彎剛度可以減小基坑變形。王曉輝[2]利用有限元分析方法，細(xì)致研究了支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度、支撐剛度及位置、基坑開挖時(shí)空效應(yīng)等因素對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響，給出了控制變形的一些具體方法措施。王峻科[3]等人也利用ABAQUS有限元軟件分析支護(hù)墻插入深度及剛度的改變對(duì)基坑變形的影響，得到了一些規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。胡長(zhǎng)明[4]等人針對(duì)軟土基坑的變形影響因素進(jìn)行了研究，指出，增加支護(hù)樁的嵌固深度是提高坑底抗隆起安全系數(shù)的有效方法。

3 結(jié)語

根據(jù)以上研究可以看出，影響基坑變形的因素很多，其中基坑自身的開挖深度和規(guī)模、巖土水文地質(zhì)條件和參數(shù)屬于客觀因素。在基坑設(shè)計(jì)階段能采取的主動(dòng)辦法主要是合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)選型、支撐設(shè)置以及優(yōu)化支護(hù)整體剛度等，但必須要認(rèn)真對(duì)待并緊密結(jié)合前述客觀因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦會(huì)來，張曉春.支護(hù)樁剛度對(duì)基坑變形的影響分析[J].勘察科學(xué)技術(shù)， 2017（01）：1-6.

[2]王曉暉.軟土深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的影響因素分析[D].江蘇：河海大學(xué)， 2003.

[3]王峻科，陳志堅(jiān)，荀志國(guó).基坑支護(hù)插入深度及剛度對(duì)變形影響的有限元分析[J]. 江南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2015（06）：847-851.

[4]胡長(zhǎng)明，周正永.某軟土深基坑變形影響因素分析及控制[C].中國(guó)中西部地區(qū)土木建筑學(xué)術(shù)年會(huì)， 2011.