淺談鄰近復合地基建筑物的工程基坑支護方案的研究

孫偉

摘要：隨著城市化進程的迅速推進，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。基坑開挖土體卸荷作用會使周邊地面及建筑物產(chǎn)生變形，在軟土場地上表現(xiàn)尤為明顯。基坑支護方案選型與設計優(yōu)化中需要考慮對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理想的方案。

關(guān)鍵詞：基坑;復合地基;支護結(jié)構(gòu)

近年來，土地資源越來越緊缺。為提高土地利用程度，各地對地下空間的開發(fā)強度越來越大，地下工程、基坑工程在整個建設項目中十分普遍。同時，城市建筑密度大，新建項目周邊往往緊鄰各類不同基礎形式的既有建筑，這其中包括復合地基、天然地基等。這類基坑工程，由于邊界條件的約束，在實際工程中需要工程設計人員對鄰近建筑物的變形問題進行認真核算，對設計文件進行反復優(yōu)化。

1 基坑支護設計考慮的關(guān)鍵要素

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

1.1 在基坑方案選型與計算中，需要通盤考慮圍護結(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)濟效益的平衡。常規(guī)的設計方法難以協(xié)同考慮這么多因素，需要借助數(shù)值模擬計算等方法;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)合工程實際開展分析研究。

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

尤其是像天津濱海地區(qū)這類軟土廣泛分布的地區(qū)，地質(zhì)條件對基坑開挖變形控制極為不利;但在基坑支護方案設計過程中，設計人員往往忽略既有建筑物與基坑的相互影響，導致設計方案偏于保守或偏于不安全。

2 關(guān)鍵設計要素對基坑變形影響的研究現(xiàn)狀

2.1 土力學理論

按照經(jīng)典土力學理論，在基坑土方開挖的過程中，開挖深度范圍內(nèi)的土體會發(fā)生卸荷，導致坑外土體受到的水平應力約束不斷降低，土體具有向坑內(nèi)運動的趨勢，進而擠壓圍護結(jié)構(gòu)，坑外土體作用在圍護結(jié)構(gòu)上的力也由靜止土壓力向主動土壓力轉(zhuǎn)變。隨著基坑開挖深度加大，圍護結(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，并非簡單地表現(xiàn)為單一、確定的形式。根據(jù)大量工程實測資料，分析圍護結(jié)構(gòu)變形形態(tài)的差異，總結(jié)得出了基坑圍護結(jié)構(gòu)變形的四種模式，分別為：內(nèi)凸式，復合式，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、樁徑以及支撐設置情況等因素的影響。有研究認為，在施工過程中隨著土方向下開挖，圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移位置相應逐漸下降，并最終發(fā)生在基坑開挖面附近。對基坑圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移的計算是設計中的重要內(nèi)容。國內(nèi)外學者圍繞著基坑圍護結(jié)構(gòu)最大變形值與支護方式、土層條件、基坑抗隆起安全系數(shù)等之間的聯(lián)系進行了系統(tǒng)性研究，提出了許多估算基坑圍護結(jié)構(gòu)最大變形值的方法。結(jié)果表明，圍護結(jié)構(gòu)形式對其最大變形值的影響是比較顯著的。

2.4 基坑支護結(jié)構(gòu)剛度對基坑變形的影響

秦會來[1]等人針對支護結(jié)構(gòu)剛度對基坑變形的影響開展了分析研究，認為在特定地質(zhì)條件下，提高圍護結(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，細致研究了支護結(jié)構(gòu)剛度、支撐剛度及位置、基坑開挖時空效應等因素對支護結(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墻插入深度及剛度的改變對基坑變形的影響，得到了一些規(guī)律性的認識。胡長明[4]等人針對軟土基坑的變形影響因素進行了研究，指出，增加支護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。在基坑設計階段能采取的主動辦法主要是合理的支護結(jié)構(gòu)選型、支撐設置以及優(yōu)化支護整體剛度等，但必須要認真對待并緊密結(jié)合前述客觀因素。

參考文獻：

[1]秦會來，張曉春.支護樁剛度對基坑變形的影響分析[J].勘察科學技術(shù)， 2017（01）：1-6.

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

[3]王峻科，陳志堅，荀志國.基坑支護插入深度及剛度對變形影響的有限元分析[J]. 江南大學學報（自然科學版）， 2015（06）：847-851.

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