淺析深基坑開挖引起土體的位移

武 將

(重慶交通大學)

淺析深基坑開挖引起土體的位移

武 將

(重慶交通大學)

本文通過比對國內外由深基開挖引起坑外土體的位移，總結出坑外地表沉降模式，確定了坑外地表沉降影響范圍，并對坑外深層土體沉降做了說明，分析了坑外土體的應變。

深基 土體 沉降 應變 位移

在基坑開挖后，坑外的土體將會發生相應的水平位移和豎向沉降，而這會對周圍環境產生比較大的影響，特別是緊挨著坑邊的建筑物，當坑外土體發生較大位移時，可能出現建筑物發生破壞的情況。因此，坑外土體的位移是個重要參數，值得我們對此進行了較為深入的研究。

一、坑外地表沉降模式

關于坑外土體沉降模式的研究，Peck（1969）在分析許多地區的基坑工程實測數據的基礎上，認為地表沉降曲線為三角形模型。相比 Peck(1969)[1]的沉降曲線，Goldbergetal．（1976）[2]、Bowles（1988）[3]、Clough & O，Rourke(1990)[4]通過對若干實際工程案例的實測數據進行分析，在考慮更多影響因素的基礎上，也得出了墻后地表沉降的分布形式，雖然根據實際情況三角形狀不同，但地表沉降曲線模式均為三角形。Ou et al. (1993)[5]通過整理分析10個實際工程案例的實測數據，提出因基坑開挖而引起的地表沉降曲線有凹槽型和三角形兩種形態，并且認為發生這兩種形態的區別是因為于維護結構變形的形式和大小。

在實際基坑工程中，坑外地表沉降是復雜的，往往是這兩個基本模式組合而成，需要根據不同的具體情況進行具體分析。

二、坑外地表沉降影響范圍

坑外土體的沉降影響范圍，不僅與土體的水文地質條件相關，尤其是軟弱下臥層的厚度及分布，同時還與基坑的開挖深度、圍護墻的嵌固深度、施工水平等密切相關。Peck（1969）、Clough & O，Rourke(1990)、Hsieh et al. (1998)和Ou et al. (1993)的研究成果同樣表明其影響范圍在開挖深度的2～4倍之間。歐章煜認為坑外土體主要沉降影響區域為潛在的失隱破壞區域，當基坑發生破壞時，其破壞區域即為沉降的主要影響區域，因此坑外土體的主要沉降影響區域可以同基坑失隱時的破壞性狀相互聯系，從而可以通過潛在的破壞性狀判斷坑外土體的主要沉降影響區域。

通過眾多學者的研究發現，4倍的基坑開挖深度范圍內是坑外土體位移的影響區域主要范圍，其中2倍基坑開挖深度范圍內的土體位移最為明顯，2倍的開挖深度范圍之外，土體位移將逐漸減小，并最終可以忽略。

三、坑外深層土體沉降

深層土體的沉降將對周邊存在建（構）筑物及管線時的基坑產生重要影響，因此研究坑外深層土體的位移變化情況，從而使基坑加固措施更加有的放矢。Ou et al. (2001)[8]通過分析臺北TNEC基坑工程的坑外深層土體位移的監測數據，結果表明：坑外土體的位移隨著其與墻體相對距離的變化而發生變化，距離墻體比較近的凸體，主要體現為水平位移，豎向位移相對要小很多；逐漸增大與墻體的相對距離時，水平位移逐漸減小，而豎向位移逐漸增大，在靠近地表沉降最大值所對應的位置附近，其深層土體的豎向位移達到最大，并且在基坑坑底平面以上的豎向位移值基本不變；隨著與墻體的相對距離不斷繼續增大，土體的豎向位移與水平位移繼續減小并逐漸趨于零，在此區域的水平位移值一般相對豎向位移的數值小。

因此，為了合理預測坑外建筑物基礎深處或管線埋置深度處的坑外深層土體的唯一，需要研究其位移分布規律，從而對環境進行有效保護。

四、坑外土體的應變

大量的工程實測數據表明:在一般的常規巖土工程中，如基礎工程基坑、及隧道等，以及常規的室內實驗中，土體的應變變化范圍大多都在0.01%～0.3%范圍內，而對于應變值更小的土體變形，通過越來越多的實驗發現，土體的應變與其剛度有著重要的關系，特別是在土體發生極小應變時。

在采用有限元等數值模擬分析方法分析基坑工程中土體變形時，在常規的數值計算過程中，通常不考慮土體的小應變現象。在對基坑變形過程的研究中，特別是針對坑外環境保護要求很嚴的基坑工程，合理考慮土體的小應變特性是非常必要的，能夠更加合理地評估基坑開挖對抗外環境的影響。

綜上所述，研究由深基開挖引起坑外土體的位移，是十分必要的。要在設計過程中充分考慮因深基坑開挖引起的土體位移，同時做好做深基坑的支護設計方案；在深基坑開挖過程中，尤要注意由開挖引起土體位移破壞性，應按照計算分析結果，制定嚴密施工方案，嚴守施工工序，確保將由深基開挖造成土體的位移控制在安全范圍內，確保深基開挖的同時，不對周圍環境及建筑物和人員造成破壞與傷害。

[1] Peck R B，Deep excavation and tunneling in soft ground[A]．In Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Enfineering, State-of-the-Art-Volume[c]，Mexico City，1969，pp：225-290

[2]Goldberg D.T．Jaworski W.E，Gordon M D Lateral Support Systems and Underpinning[A]. Report No FHWA -RD-75-129[C]，Volume 2, Federal Highway Administration，Washington，1976

[3] Bowles，J E Foundation analysis snd Design [M]．4th Edition，New York McGraw-hill Company，1988

[4] Clough GW, O' Rourke TD Construction induced movements of insitu walls，In Proceedings of the design and performance of aerth retaining structures[J]．ASCE special conference，1990，99：739-470

[5] Chang-Yu Ou, Pio-Go Hsieh, Dar-Chang Chiou.Characteristic of ground surface settlement during excavation[J]．Canadian Geotechnical Journal，1993，30：758-767

[6] Adbulaziz I.Mana G Wayne Clougn Prediction of movement for braced cuts in clay[J]．Journal of Geotechnical Division，1981．107(GT6)：759-777

[7] 歐章煜，深開挖工程分析理論與實務[M]．臺北：科技圖書股份有限公司，2002.

[8] C Y Ou，J.T.Liao，W.L.Cheng．Building response and gtound movements inducde by a deep excavation[J]． Gertechnique，2000，pp：209-220

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