淺談基坑圍護穩定性的影響因素

袁樂天

(江蘇建院營造有限公司 15000)

1 內支撐對穩定性的影響

1.1 基坑開挖圍護結構穩定性

通常情況下，支護結構體系有兩種破壞形態：一是功能性破壞；二是結構性破壞。

1).承載力極限狀態

當圍護結構的承載力達到極限狀態或者已經不適于繼續承載，繼續承載會導致結構整體或者部分破壞時，這一狀態即為承載能力極限狀態。支護墻體承載能力極限狀態表現為以下四點：

(1)墻體斷裂

(2)踢角遭到損害

(3)墻體坍塌

(4)錨撐失去穩定性

承載能力在達到極限時受到破壞極有可能會對維護結構造成損害，這種損害對人民的生命和財產都有傷害。所以，應該避免這種情況發生。

2).正常使用狀態下的極限標準

當支護結構出現開裂等不適合正常使用的狀態，繼續使用會使結構持續性破壞或者讓人感覺不舒適，這一狀態就叫做正常使用極限狀態。支護結構若出現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結構超出了正常狀態下的使用限度。

所以，可以根據上訴觀點將基坑圍護結構失穩定義：在基坑超過正常使用的限度時，基坑屬于正常使用性的失穩；在基坑超過承載力極限的狀態，基坑屬于結構性的失穩。

1.2 判別基坑圍護結構是否失穩

當圍護結構發生墻體折斷、踢角破壞、墻體跨塌或錨撐失穩時可以判定為基坑結構性的失去穩定；而若是基坑開挖的深度過深，主體基坑的支撐防護結構為一級的安全等級，若基坑的安全等級為一級的情況下，根據《建筑基坑支護技術規程》中規定，當基坑地表的沉降幅度為≥0.1%H，支撐防護結構的最大水平位移為i＞0.14%的情況下，便可以認定為該基坑圍護結構屬于正常使用性的失去穩定性。

1.3 內支撐根數的影響分析

支撐道數的多少與基坑支護結構的穩定和變形息息相關，很明顯的是，支撐道數越多，它的支撐力就越大，結構越安全。但是實在富余的支撐力不僅提高了工程造價還會減慢工程進度，所以基坑計算設計就是一個尋找平衡點的過程，綜合考慮各方因素，達到安全和經濟雙贏的效果。

下表1總結羅列了不同支撐道數情況下，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，由于支撐道數的逐步減少，在水平的墻體壓力下，受力分擔的比例增多，連續墻中的彎矩值也會隨之遞加，還促使被動區土體被動壓力增加。由此可以得出結論：“踢腳"失去穩定性的最易發生情況是在減少支撐道數的情況，在施工中應該注意避免這種情況發生。

表1 不同范圍的支撐道數基坑變形

2 地下連續墻設計參數的影響

2.1 墻體剛度對基坑穩定性影響

圖2、3分別是不同剛度比下坑周土體和強身位移曲線，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控制地表沉降現象，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土壓力增大，增大的土壓力被墻體內側的被動區土體承擔，墻體根部的水平位移與墻體的剛度呈正相關關系。同時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對減輕墻體位移和沉降現象產生明顯的作用，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不到良好的經濟效益的。

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 墻體嵌固深度對基坑穩定性影響

影響擋土結構擋土結構的受力和穩定直接因素之一是嵌固深度，一方面，嵌固的深度如果不足，則影響擋土的結構強度，影響小擋土結構變形太大，影響過大又容易造成基坑不穩，威脅周圍環境。此外，同上述情況類似，嵌固深度過深工程造價同樣增加，在設計擋土結構時應當特別注意的問題之一是計算出合理的嵌固深度，到達安全經濟的效果。

支護結構的顴骨深度是設計的重要指標之一，前文我們提到墻體入土深度不夠是事故的主要誘因，支護結構傾斜也歸因為墻體入土深度不夠，不僅會威脅到工程的施工進展，同時造成人員、財產損失。例如，懸臂式圍護結構體系，在施工時強大的外力全部施加在被動區的土體，也就是說支護結構的位移和受力情況取決于墻體的入土深度，但當連續墻的嵌固深度大于0.09～1.0H的時候，從圖上變化曲線可以看出斜率是不斷減小的，說明繼續加大墻體埋入深度對改善結構受力情況的效果不大。自身剛度較大的支護結構加之由多道支撐構成，因此受嵌固深度這一因素的影響并不明顯，通過加設支撐，增強支護結構系統就可以避免失穩發生，由此得出結論，此類結構可以減少支護結構的嵌固深度，根據對上述問題的總結，較為常用的處理方法是考慮總體穩定性和防止管涌的條件二者情況從而算出支護結構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系

3 結語

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

[1]劉建航, 侯學淵. 基坑工程手冊[M]. 北京. 中國建筑工業出版社, 1997.

[2]侯學淵, 楊敏主編. 軟土地基變形控制設計理論和工程實踐[M]. 上海: 同濟大學出版社, 1996, 64-217.

[3]陳忠漢, 程麗萍. 深基坑工程[M]. 北京: 機械工業出版社, 1999, 10-54.