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(shù)量劇增，政府部門對高層建筑的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。高層建筑中地下空間的施工質(zhì)量要求占據(jù)非常關(guān)鍵的位置，尤其是深基坑開挖和支護的質(zhì)量要求。深基坑在開挖過程中，可能經(jīng)常會出現(xiàn)不確定因素，進而導(dǎo)致各種質(zhì)量問題不斷出現(xiàn)。

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(xiàn)安全問題，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，為了保證基坑開挖的安全，并根據(jù)現(xiàn)場實際施工環(huán)境，制定合理的基坑支護方案，保證基坑土體的穩(wěn)定性?；拥闹ёo需要嚴(yán)格把控施工質(zhì)量和安全，從而保證住宅工程能安全、高質(zhì)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(wěn)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(xiàn)基坑底部的土體隆起、基坑頂部土體沉降、基坑支護結(jié)構(gòu)體系變形和位移等現(xiàn)象。在這些現(xiàn)象中，基坑支護后的地表沉降現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，給基坑施工質(zhì)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(yīng)力逐漸消除，基坑底部土卸載時出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，出現(xiàn)土體隆起。此外，在地下水位較高的地區(qū)，會進一步使底部土體產(chǎn)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(xiàn)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(yù)防頂部沉降帶來的危害，應(yīng)提前對沉降量進行預(yù)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(zhì)量。

2.3 支護結(jié)構(gòu)體系變形和位移

基坑開挖卸荷后會造成支護結(jié)構(gòu)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(dāng)基坑是懸臂圍護時，支護結(jié)構(gòu)的水平方向呈現(xiàn)出倒三角形的變形分布，也就是支護結(jié)構(gòu)的上部位移量比較大，導(dǎo)致下部的某一點在基坑中旋轉(zhuǎn)。同樣，無論是剛性還是柔性的支護體系，在未設(shè)置任何支撐的淺基坑中，支護結(jié)構(gòu)的水平方向均成倒三角形變形分布。當(dāng)開挖設(shè)有支撐的基坑時，基坑的支護結(jié)構(gòu)上部位移不發(fā)生改變，但其中部向基坑內(nèi)突起。

第二，豎向變形是指土體的自身應(yīng)力隨著基坑開挖逐漸釋放，可導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)向上隆起，對其自身穩(wěn)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(xù)墻等方式時，施工過程中孔清理的不干凈，導(dǎo)致柱底有沉渣，也會造成支護結(jié)構(gòu)下沉。

3 基坑外堆荷載分析

3.1 外荷載對基坑支護結(jié)構(gòu)體系的影響

在基坑開挖作業(yè)中，可能會導(dǎo)致樁體順著地面延伸一定深度在基坑內(nèi)側(cè)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動，此時位移變化最大的是支護結(jié)構(gòu)的樁頂。隨著支護樁的水平位移發(fā)生變化，支護結(jié)構(gòu)背面的土體剪力慢慢增大，而土體水平應(yīng)力逐漸減小，導(dǎo)致土地變形下沉，出現(xiàn)塑性區(qū)。

隨著基坑的開挖，會產(chǎn)生支護樁內(nèi)側(cè)土體向坑內(nèi)的水平位移，坑底土體剪應(yīng)力伴隨著水平方向上的主應(yīng)力增大而增大，導(dǎo)致土體發(fā)生水平擠壓并向上隆起，產(chǎn)生了局部的坑底塑性區(qū)。在較小的荷載作用下，基坑內(nèi)部表現(xiàn)為彈性隆起狀態(tài)，當(dāng)荷載達到并超過一定數(shù)值時，基坑內(nèi)部表現(xiàn)為塑性隆起狀態(tài)。

3.2 外荷載對基坑穩(wěn)定性的影響

對于施工現(xiàn)場附近有其他建筑物時，基坑的安全穩(wěn)定是極其重要的，建筑荷載的附加應(yīng)力是影響其穩(wěn)定性的根本原因?；舆吰路€(wěn)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(wěn)定性。當(dāng)緊挨著建筑物施工時，基坑的頂土?xí)a(chǎn)生較大的下沉，此時從坡肩至坡腳會產(chǎn)生最大剪應(yīng)力；在坡體的圓弧塑性區(qū)中，坡腳位置的塑型區(qū)范圍分布最廣，即塑性應(yīng)變最大，此時基坑容易被破壞，因此邊坡穩(wěn)定性比較差。

坡面上，建筑荷載的最大剪應(yīng)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(yīng)力值會隨之減小，并出現(xiàn)小范圍的塑性區(qū)，同時邊坡穩(wěn)定性增強，基坑趨于穩(wěn)定。當(dāng)基坑離建筑物的距離小于建筑寬度時，基坑坑肩會產(chǎn)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(dāng)基坑離建筑物的距離大于建筑寬度時，基坑邊坡的穩(wěn)定性不受建筑荷載的影響；當(dāng)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(fā)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(xiàn)變形現(xiàn)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(xù)墻支護措施

在基坑開挖前，可以采取地下連續(xù)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(wěn)定性。首先，地下連續(xù)墻是鋼筋混凝土墻，在澆筑前應(yīng)需要依據(jù)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(xiàn)塌孔現(xiàn)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(nèi)形成連續(xù)的墻體，保證基坑的質(zhì)量安全。

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

圖1地下連續(xù)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(shè)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(xiàn)擠土現(xiàn)象。此外，當(dāng)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(zhì)量。因此，在我國排樁支護被廣泛應(yīng)用到工程項目中。排樁支護如圖2所示。

圖2排樁支護

5 結(jié)束語

在正常情況下，當(dāng)基坑開挖的深度增大時，具有明顯空間效應(yīng)的圍護墻側(cè)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(cè)移量接近坑底。當(dāng)基坑周圍存在堆載時，圍護墻側(cè)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(xiàn)側(cè)移現(xiàn)象，嚴(yán)重影響基坑的安全。因此，對基坑采取相應(yīng)的支護措施，避免土體發(fā)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。