基坑周邊堆載對土體變形的影響

史婷婷 山西一建集團有限公司

1 前言

隨著我國城市人口數量劇增，政府部門對高層建筑的質量要求更加嚴格。高層建筑中地下空間的施工質量要求占據非常關鍵的位置，尤其是深基坑開挖和支護的質量要求。深基坑在開挖過程中，可能經常會出現不確定因素，進而導致各種質量問題不斷出現。

同時，隨著基坑的開挖過程不斷進展，基坑所受到的動、靜荷載不斷增加，例如車輛荷載、材料靜荷載等，基坑的土體受到影響，極易出現安全問題，導致安全事故的發生。因此，為了保證基坑開挖的安全，并根據現場實際施工環境，制定合理的基坑支護方案，保證基坑土體的穩定性。基坑的支護需要嚴格把控施工質量和安全，從而保證住宅工程能安全、高質量地完成。

本文將對基坑周邊堆荷載對基坑土地影響進行分析，并且提出幾種基坑支護方法，對基坑外堆荷載起到支護作用，保證基坑土體的穩定性[1-4]。

2 基坑土體變形分析

基坑在受到外部堆荷載的情況時，極易出現基坑底部的土體隆起、基坑頂部土體沉降、基坑支護結構體系變形和位移等現象。在這些現象中，基坑支護后的地表沉降現象尤為嚴重，給基坑施工質量造成極大危害。

2.1 基坑底部土層隆起

基坑底部土層隆起主要是在基坑的不斷開挖，土的自重應力逐漸消除，基坑底部土卸載時出現回彈現象，出現土體隆起。此外，在地下水位較高的地區，會進一步使底部土體產生較大的負孔隙水壓力，加大底部土體的隆起程度。

2.2 基坑頂部土體沉降

隨著基坑的不斷開挖，基坑頂部的土體可能會出現不同程度的沉降量，給基坑施工工程帶來了極大的隱患。在進行基坑施工時，為了預防頂部沉降帶來的危害，應提前對沉降量進行預估，可以從土體沉降的分布形式、范圍和沉降量進行考慮，保證基坑的施工質量。

2.3 支護結構體系變形和位移

基坑開挖卸荷后會造成支護結構變形，主要包括水平變形和豎向變形兩種。

第一，水平變形是指當基坑是懸臂圍護時，支護結構的水平方向呈現出倒三角形的變形分布，也就是支護結構的上部位移量比較大，導致下部的某一點在基坑中旋轉。同樣，無論是剛性還是柔性的支護體系，在未設置任何支撐的淺基坑中，支護結構的水平方向均成倒三角形變形分布。當開挖設有支撐的基坑時，基坑的支護結構上部位移不發生改變，但其中部向基坑內突起。

第二，豎向變形是指土體的自身應力隨著基坑開挖逐漸釋放，可導致支護結構向上隆起，對其自身穩定性、基坑的安全性和地表的沉降造成一定的傷害。如果支護選用混凝土灌注樁或者采用地下連續墻等方式時，施工過程中孔清理的不干凈，導致柱底有沉渣，也會造成支護結構下沉。

3 基坑外堆荷載分析

3.1 外荷載對基坑支護結構體系的影響

在基坑開挖作業中，可能會導致樁體順著地面延伸一定深度在基坑內側出現轉動，此時位移變化最大的是支護結構的樁頂。隨著支護樁的水平位移發生變化，支護結構背面的土體剪力慢慢增大，而土體水平應力逐漸減小，導致土地變形下沉，出現塑性區。

隨著基坑的開挖，會產生支護樁內側土體向坑內的水平位移，坑底土體剪應力伴隨著水平方向上的主應力增大而增大，導致土體發生水平擠壓并向上隆起，產生了局部的坑底塑性區。在較小的荷載作用下，基坑內部表現為彈性隆起狀態，當荷載達到并超過一定數值時，基坑內部表現為塑性隆起狀態。

3.2 外荷載對基坑穩定性的影響

對于施工現場附近有其他建筑物時，基坑的安全穩定是極其重要的，建筑荷載的附加應力是影響其穩定性的根本原因。基坑邊坡穩定性隨著建筑荷載P值的增加而降低，建筑寬度不會影響基坑邊坡的穩定性。當緊挨著建筑物施工時，基坑的頂土會產生較大的下沉，此時從坡肩至坡腳會產生最大剪應力；在坡體的圓弧塑性區中，坡腳位置的塑型區范圍分布最廣，即塑性應變最大，此時基坑容易被破壞，因此邊坡穩定性比較差。

坡面上，建筑荷載的最大剪應力所影響的面積隨著基坑距離建筑物的尺寸增大而逐漸減小，在坡腳處，最大剪應力值會隨之減小，并出現小范圍的塑性區，同時邊坡穩定性增強，基坑趨于穩定。當基坑離建筑物的距離小于建筑寬度時，基坑坑肩會產生巨大變形沉降，沉降值隨著基坑離建筑物的距離增大而降低；當基坑離建筑物的距離大于建筑寬度時，基坑邊坡的穩定性不受建筑荷載的影響；當基坑離建筑物的距離大于2倍建筑物寬度時，基坑坑肩部位的沉降量不會因為其距離而發生變化。

4 基坑支護措施

基坑土體在受到外荷載作用時，可能會出現變形現象，為了解決土體變形帶來的危害，通常采用以下兩種基坑支護方式來進一步提高基坑的安全性。

4.1 地下連續墻支護措施

在基坑開挖前，可以采取地下連續墻的支護措施，進而對基坑外部荷載起到支撐作用，提高基坑土體的穩定性。首先，地下連續墻是鋼筋混凝土墻，在澆筑前應需要依據機械的寬度和高度尺寸進行開挖槽孔操作，并且為了防止出現塌孔現象，并使用泥漿進行保護；其次，在開挖完成后，將鋼筋籠放置指定位置，之后進行混凝土的分段澆筑施工，進而在基坑內形成連續的墻體，保證基坑的質量安全。

此外，地下連續墻施工槽孔深度較大，應提前制定質量防護措施，避免出現混凝土離析等現象的發生。地下連續墻的支護方法具有施工工期較短、防護效果好等優點，并且施工單采用地下連續墻的支護方法后，安全事故的發生率明顯下降，因此，地下連續墻的支護方法在深基坑的支護中廣泛應用。地下連續墻支護如圖1所示。

圖1地下連續墻支護

4.2 排樁支護措施

排樁支護主要是利用鉆孔灌注樁的支護方式，它具有施工簡單便捷、機械設備投入量較小、抗彎性能強和剛度較大的特點，排樁支護是在基坑深度小于15m時，上部澆筑混凝土圈梁，施工噪聲較小，不會出現擠土現象。此外，當基坑地下水位較高時，需要先采取人工降水措施，保證地下水位不影響支護能力，進而提高基坑對外部堆荷載的承載能力，保證基坑的安全質量。因此，在我國排樁支護被廣泛應用到工程項目中。排樁支護如圖2所示。

圖2排樁支護

5 結束語

在正常情況下，當基坑開挖的深度增大時，具有明顯空間效應的圍護墻側向變形也是隨之增大的，圍護墻在基坑開挖到底部時，最大側移量接近坑底。當基坑周圍存在堆載時，圍護墻側向變形的程度隨堆載量的增大而增大。此外，基坑外部堆荷載也會影響基坑底部土層，使地基土壤的承載能力降低，同時，基坑頂部也會出現側移現象，嚴重影響基坑的安全。因此，對基坑采取相應的支護措施，避免土體發生變化，提高對基坑外部堆荷載的承載能力，保證基坑的安全性能。