基坑工程穩(wěn)定與變形分析的若干問(wèn)題研究

劉紅健　趙忠寬

摘要：改革開放以后，我國(guó)城市建設(shè)越來(lái)越快，城市的基礎(chǔ)建設(shè)、房屋建筑呈現(xiàn)出井噴似的高峰發(fā)展，許多大型的高層建筑、大規(guī)模的地下工程等等深基坑工程不斷的創(chuàng)新記錄。超過(guò)萬(wàn)平米開挖面積的基坑數(shù)量越來(lái)越多。而然各類基坑工程無(wú)論從安全、經(jīng)濟(jì)，還是從對(duì)周邊環(huán)境的要求來(lái)說(shuō)，都有不同的具體要求，雖然，我國(guó)面對(duì)這種情況，已經(jīng)頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各地區(qū)也先后實(shí)施了各自的技術(shù)規(guī)范，但基坑工程設(shè)計(jì)，由于其復(fù)雜性和難度高等因素，還是有很多問(wèn)題，是相關(guān)部分需要研究的課題。

關(guān)鍵詞：基坑工程；穩(wěn)定與變形分析；基坑寬度

中圖分類號(hào)：TU753

一、國(guó)內(nèi)外基坑工程穩(wěn)定與變形分析的研究現(xiàn)狀

處在一個(gè)城市中心地帶的基坑工程，一般周圍的施工環(huán)境會(huì)非常復(fù)雜，那么在這類基坑工程設(shè)計(jì)中，為了防止基坑變形，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)就要有強(qiáng)大的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

從上世紀(jì)四十年代到七十年代末，國(guó)外很多相關(guān)專家就對(duì)軟黏土深基坑的穩(wěn)定和變形分析進(jìn)行過(guò)研究，在研究過(guò)程中，他們不斷摸索，發(fā)現(xiàn)基坑基坑開挖空間的大小、順序和時(shí)間，都和軟黏土中深基坑的穩(wěn)定性和變形都與尺寸有關(guān)系。國(guó)內(nèi)一些專家在參考了國(guó)外研究成果后，也通過(guò)理論和實(shí)際，再一次證明了基坑空間效應(yīng)和基坑工程對(duì)周邊環(huán)境的影響。

國(guó)內(nèi)有專家提出，深基坑設(shè)計(jì)，其實(shí)并不是之前所想的二維平面問(wèn)題，其實(shí)是一個(gè)三維立體的空間問(wèn)題，比較復(fù)雜。以前是在二維平面假設(shè)的基礎(chǔ)上，利用朗肯壓力理論對(duì)圍護(hù)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)過(guò)于保守，過(guò)于安全。但其實(shí)在設(shè)計(jì)施工中，應(yīng)該有大膽的創(chuàng)新精神，應(yīng)該充分利用空間效應(yīng)的影響，在較短的邊長(zhǎng)開挖，同時(shí)考慮到基坑端部存在的固端作用，適當(dāng)減弱基坑端部的支護(hù)體系強(qiáng)度，使圍護(hù)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)。

二、對(duì)目前基坑工程坑底抗隆起穩(wěn)定性分析

基坑工程在開挖過(guò)程中，土體的強(qiáng)度、設(shè)計(jì)支護(hù)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、雨水、施工震動(dòng)，坑外嚴(yán)重超載等等內(nèi)在外在的各種因素都會(huì)影響到基坑工程的穩(wěn)定性。尤其是坑底隆起是發(fā)生最多，也是最常見的使基坑工程不穩(wěn)定的破壞方式。因此，在基坑工程設(shè)計(jì)中，保證基坑有足夠的抗隆起穩(wěn)定性是非常重要的，也是保證基坑工程穩(wěn)定安全，減少基坑圍護(hù)變形的有效手段。

（一）基坑寬度

基坑寬度是對(duì)抗隆起穩(wěn)定性進(jìn)行分析的首要因素。在分析過(guò)程中，筆者通過(guò)基本算例，在保持其他參數(shù)不做變化的基礎(chǔ)上，改變了基坑寬度。當(dāng)嵌固深度小于基坑寬度后，基坑寬度對(duì)整個(gè)基坑抗隆起安全系數(shù)是沒有任何影響的，所以，在算例中，只需要在基本算例的基礎(chǔ)上，考慮嵌固寬度大于基坑寬度的條件。另外，汪夏法以及部分城市對(duì)基坑工程的技術(shù)規(guī)范中，是沒有受基坑寬度的影響的，所以，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果是固定值。

但淤泥土質(zhì)和粉塵土地的地基基坑中，基坑寬度對(duì)抗隆起穩(wěn)定性是有影響的。比如基坑寬度減小，基坑抗隆起安全系數(shù)就會(huì)增大，其安全系數(shù)的增長(zhǎng)率會(huì)逐漸降低，從而減少基坑寬度對(duì)提高基坑抗隆起穩(wěn)定性的影響。

（二）嵌固深度

在分析抗隆起穩(wěn)定性中，嵌固深度也是一個(gè)重要因素。在基本算例中，變動(dòng)嵌固深度，對(duì)基坑抗隆起穩(wěn)定性的影響是這樣的，不論是淤泥質(zhì)土，還是粉土基坑的情況，嵌固深度都影響著基坑抗隆起安全系數(shù)，具體表現(xiàn)是，嵌固深度增加，抗隆起安全系數(shù)也隨之增大；而黨嵌固深度和基坑寬度相同時(shí)，抗隆起安全系數(shù)增長(zhǎng)的速度較慢，當(dāng)嵌固深度比基坑寬度大時(shí)，抗隆起安全系數(shù)與嵌固深度的聯(lián)系更為 緊密，一般是隨著嵌固深度的增加，增大的速度也會(huì)不斷更大。因此，在實(shí)際的基坑工程中，可以利用這個(gè)特點(diǎn)，增大擋墻的插入深度，使基坑更加穩(wěn)定。

（三）土體參數(shù)

在基坑工程中，土體的重度、粘聚力、摩擦角、泊松比、彈性衡量、固結(jié)歷史等等土體的參考數(shù)據(jù)非常多。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，假定的滑動(dòng)面上的剪力提供了土體抗隆起彎矩，而土體剪力和水平土的壓力系數(shù)和土體的強(qiáng)度數(shù)據(jù)有關(guān)系，所以，土體的強(qiáng)度深深影響著基坑抗隆起的穩(wěn)定性。在圍繞土體參數(shù)中粘聚力進(jìn)行研究時(shí)，我們可以看出：土體粘聚力越增大，淤泥土質(zhì)和粉塵土質(zhì)兩種條件下，基坑抗隆起安全系數(shù)均發(fā)生了和線性相近的增長(zhǎng)，雖然增長(zhǎng)幅度不大。在粉土基坑中，抗隆起安全系數(shù)從三點(diǎn)七六增長(zhǎng)到三點(diǎn)九，增長(zhǎng)了百分之三點(diǎn)七，而在淤泥土質(zhì)基坑中，抗隆起安全系數(shù)從一點(diǎn)六八增長(zhǎng)一點(diǎn)九三，增長(zhǎng)了百倍之十四點(diǎn)九。這就說(shuō)明，在淤泥土質(zhì)中，土體粘聚力的變化對(duì)抗隆起安全系數(shù)有一定的影響。而在土體內(nèi)摩擦角的基礎(chǔ)上變化正負(fù)五度的情況下，隨著內(nèi)角增大，淤泥土質(zhì)和粉土土質(zhì)的基坑抗隆起安全系數(shù)都變大了，淤泥基坑的抗隆起安全系數(shù)從零點(diǎn)九三增至二點(diǎn)六四，增長(zhǎng)了百分之一百八十三點(diǎn)九；在粉土基坑中，安全系數(shù)從二點(diǎn)九七增長(zhǎng)四點(diǎn)七五，增長(zhǎng)了百分之五十九點(diǎn)九。從這些變化來(lái)看，基坑抗隆起穩(wěn)定性受內(nèi)摩擦角的影響比受土體粘聚力的影響更大一些。

三、結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)通過(guò)對(duì)基坑抗隆起穩(wěn)定性方面的分析和研究，已經(jīng)出臺(tái)了很多的規(guī)范和要求，但由于計(jì)算方法和種類比較的繁雜多樣，對(duì)基坑抗隆起的安全系數(shù)的選擇沒有進(jìn)行統(tǒng)一，這些都給基坑工程設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。因此，在基坑工程穩(wěn)定與變形的若干問(wèn)題上還要再進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以便更好的為基坑工程設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏霄.基坑工程穩(wěn)定與變形分析的若干問(wèn)題研究[D].導(dǎo)師：俞建霖.浙江大學(xué)，2015.

[2]張玉成，楊光華，鐘志輝，姜燕，喬有梁，方大勇，胡海英，劉鵬.軟土基坑設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵問(wèn)題探討及基坑設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，（11）：23342343.

[3]趙延林.深基坑穩(wěn)定與變形的可靠性分析[D].導(dǎo)師：安偉光.哈爾濱工程大學(xué)，2012.

[4]劉穎. 對(duì)城市河道景觀設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)與體會(huì)[J]. 湖南水利水電，2013，（02）：7980.

[5]房建華，王強(qiáng)，王少東，王敏勇. 濟(jì)南市生態(tài)水利建設(shè)實(shí)踐及保障措施[J].中國(guó)水利，2012，（21）：5962.