基坑開挖引起的變形及對鄰近建筑物的影響

王斌

[摘要]本文探究了基坑開挖對臨近建筑地基承載力的影響，分析了臨近邊坡（基坑）建筑物地基臨界滑移面的形狀，并進行了基坑開挖對地基承載力減損的分析。

[關鍵詞]基坑開挖；圍護結構變形；差異沉降；水平側移；內力變化 文章編號：2095-4085（2017）05-0123-02

當基坑鄰近位置存在建筑物和構筑物時，基坑工程的施工會導致這些建筑物和構筑物出現不同程度的變形，當這種變形過大時就會導致建筑物和構筑物的破壞，從而使這些建筑物和構筑物不能正常使用，嚴重的可能還會危害人民群眾的生命財產安全。

1基坑開挖引起的變形

開挖，在墻的內部和外部的壓力差情況下以及基坑開挖的荷載量減少會引起圍護結構產生水平位移，并且使圍護墻外土體形變，從而引起周圍建筑物、管線之類沉陷。更何況開挖卸荷還會引起基坑底部土體隆起，所以圍護結構的水平移動和坑底土體隆起是使周邊地層變化的主要原因。周圍建筑物受地層變位（豎向與橫向）影響，產生剛性和非剛性變形，剛性變形一般出現在較差地基，由設備地基及構件組成剛性體，建筑物水平傾角相同，地基沉陷值即使有不同，但對建筑物破壞程度卻很小。非剛性變形因為建筑物結構發生扭曲變形，梁柱錯動，將會發生較嚴重的破壞。

2基坑開挖對臨近建筑地基承載力的影響

建筑物的地基承載力是指地基承擔荷載的能力。受荷載的影響，地表會出現變形，并且在荷載一直增強后，地基形變會慢慢變大，剛開始的時候地基的應力處于彈性平衡狀態，具備安全的承載性。如果荷載增大到一定程度，地層中慢慢出現在任一方向，當土的抗剪強度大于剪力時，區域中每一點會出現剪切損壞并且處于邊緣狀態時，土中應力會出現重新分布。地基中的極限平衡狀態小部分會漸漸恢復到彈性狀態，地層還能處于平穩形式，依舊具備安全承載能力，而如果地基形變增大，一定要檢驗變形的計算結果不超過合理范圍。在荷載不斷變大時，地基會有一個范圍的塑性區，會出現地基承載力不夠，失去平穩，此時地基達到極限承載力。

3臨近邊坡（基坑）建筑物地基臨界滑移面形狀的研究

3.1臨近邊坡（基坑）建筑物地基臨界滑移面形狀

鄰近邊坡荷載作用時，被地基破壞的滑動界面會接近底部線條，與表面的交角為α；邊坡一帶，是線性的，和坡角的交角為μ，中間連接部分通常被假定為對數螺旋線或圓弧（直徑=0）。在接近邊緣（坑）建筑荷載，邊界滑移面假設，假定建筑物地基離坡頂長度是L1，把滑移體分成三個塊，OC，AC線、基礎底面夾角成α=π/4+Φ/2；擾動土體區域順著對數螺線切線的方向，MN線與邊坡線夾角是μ=π/4-Φ/2。這類滑移面模型最好的優點在于，這種方式來自Prandfl無重基礎損壞的時候滑移面的規則，具備較大應用理論。

3.2臨界滑移面形狀的分析討論

邊坡的穩定性和承載力在本質上屬于同一類，不同的是邊坡沒有支撐力時，滑動面上的剪應力是由重力引起土體的滑動面上，并在特殊情況下的地基承載力的剪切力對滑移界面與建筑物的負荷。根據極限平衡理論，如果嚴重的地層，在該地區的二組塑料滑線不一定是線性或對組螺旋，無法用計算式的形式，而必須用線性計算方法求解微積分方程。從物理和彈性角度等多個方面開始界面基礎、極限計算方法外，在巖土力學穩定分析當中，工程較實用的依然是一些幾近相同假設條件下的極限平衡法、滑楔模型和條分法等重要的數值離散分析技術。不一樣的臨界破壞理念，不同的楔數的獲得不同，在某種程度上來講，大部分滑楔系統得出對應結論更加趨近于傳統的極限平衡法滑移面形狀。由于對數螺線和直線在塑性方法中屬于兩簇機動許可滑移面，所以計算得到的無重質地承載力結果和方法解十分契合，因此考慮自重的時候，計算結果對地基承載力的分析計算一定是具備參考意義的。

4基坑開挖對地基承載力減損分析

基坑所在區域會對地基承載力影響預計會很大。根據常識，離開基坑不遠處的邊坡，由于開挖的影響，雖然降低了地基承載力，但是卻會造成很大的損失；而離基坑外沿距離較長的時候，基坑開挖對地基承載力的影響慢慢減弱，地基承載力會漸漸聚集到地面水平時的數值。在這種情況下，當坡角是固定的，基本規則和基坑側壁承載能力相一致。從實踐分析的角度，當地基遠離基礎的滑移線，受到基坑影響繼續向原來假定的方向變化，或者是反其道而馳，從而露出地面，勢必要通過找到臨界滑移面方能確定。那么問題變得非常的復雜，尤其是考慮土體自身重量的時候，必須有效的計算數值和方法才能求解，但是由于產生誤差，現在還沒有能精確的到結果的方法。為了減少對計算結果的影響，可以進行簡單的估算。

5結語

基坑開挖造成基坑邊坡失去穩定性、鄰近建筑地基承載力減少等等，其中有邊坡穩定、地基承載力及土壓力三個經典土力學的主要內容，依照互相作用論點，運用一樣的方式進行討論和分析。大部分的研究者模擬了很多案例研究，甚至應用大量的數據試驗，針對問題的綜合性，很多研究結果都在極限平衡理論的數值解法中得到。