基坑工程穩定與變形分析的若干問題研究

劉紅健　趙忠寬

摘要：改革開放以后，我國城市建設越來越快，城市的基礎建設、房屋建筑呈現出井噴似的高峰發展，許多大型的高層建筑、大規模的地下工程等等深基坑工程不斷的創新記錄。超過萬平米開挖面積的基坑數量越來越多。而然各類基坑工程無論從安全、經濟，還是從對周邊環境的要求來說，都有不同的具體要求，雖然，我國面對這種情況，已經頒布了國家標準，各地區也先后實施了各自的技術規范，但基坑工程設計，由于其復雜性和難度高等因素，還是有很多問題，是相關部分需要研究的課題。

關鍵詞：基坑工程；穩定與變形分析；基坑寬度

中圖分類號：TU753

一、國內外基坑工程穩定與變形分析的研究現狀

處在一個城市中心地帶的基坑工程，一般周圍的施工環境會非常復雜，那么在這類基坑工程設計中，為了防止基坑變形，基坑支護結構就要有強大的強度和穩定性。

從上世紀四十年代到七十年代末，國外很多相關專家就對軟黏土深基坑的穩定和變形分析進行過研究，在研究過程中，他們不斷摸索，發現基坑基坑開挖空間的大小、順序和時間，都和軟黏土中深基坑的穩定性和變形都與尺寸有關系。國內一些專家在參考了國外研究成果后，也通過理論和實際，再一次證明了基坑空間效應和基坑工程對周邊環境的影響。

國內有專家提出，深基坑設計，其實并不是之前所想的二維平面問題，其實是一個三維立體的空間問題，比較復雜。以前是在二維平面假設的基礎上，利用朗肯壓力理論對圍護體系進行設計，這種設計過于保守，過于安全。但其實在設計施工中，應該有大膽的創新精神，應該充分利用空間效應的影響，在較短的邊長開挖，同時考慮到基坑端部存在的固端作用，適當減弱基坑端部的支護體系強度，使圍護設計更加經濟。

二、對目前基坑工程坑底抗隆起穩定性分析

基坑工程在開挖過程中，土體的強度、設計支護機構的強度、雨水、施工震動，坑外嚴重超載等等內在外在的各種因素都會影響到基坑工程的穩定性。尤其是坑底隆起是發生最多，也是最常見的使基坑工程不穩定的破壞方式。因此，在基坑工程設計中，保證基坑有足夠的抗隆起穩定性是非常重要的，也是保證基坑工程穩定安全，減少基坑圍護變形的有效手段。

（一）基坑寬度

基坑寬度是對抗隆起穩定性進行分析的首要因素。在分析過程中，筆者通過基本算例，在保持其他參數不做變化的基礎上，改變了基坑寬度。當嵌固深度小于基坑寬度后，基坑寬度對整個基坑抗隆起安全系數是沒有任何影響的，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基坑工程的技術規范中，是沒有受基坑寬度的影響的，所以，計算出來的結果是固定值。

但淤泥土質和粉塵土地的地基基坑中，基坑寬度對抗隆起穩定性是有影響的。比如基坑寬度減小，基坑抗隆起安全系數就會增大，其安全系數的增長率會逐漸降低，從而減少基坑寬度對提高基坑抗隆起穩定性的影響。

（二）嵌固深度

在分析抗隆起穩定性中，嵌固深度也是一個重要因素。在基本算例中，變動嵌固深度，對基坑抗隆起穩定性的影響是這樣的，不論是淤泥質土，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，具體表現是，嵌固深度增加，抗隆起安全系數也隨之增大；而黨嵌固深度和基坑寬度相同時，抗隆起安全系數增長的速度較慢，當嵌固深度比基坑寬度大時，抗隆起安全系數與嵌固深度的聯系更為 緊密，一般是隨著嵌固深度的增加，增大的速度也會不斷更大。因此，在實際的基坑工程中，可以利用這個特點，增大擋墻的插入深度，使基坑更加穩定。

（三）土體參數

在基坑工程中，土體的重度、粘聚力、摩擦角、泊松比、彈性衡量、固結歷史等等土體的參考數據非常多。通過計算發現，假定的滑動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和土體的強度數據有關系，所以，土體的強度深深影響著基坑抗隆起的穩定性。在圍繞土體參數中粘聚力進行研究時，我們可以看出：土體粘聚力越增大，淤泥土質和粉塵土質兩種條件下，基坑抗隆起安全系數均發生了和線性相近的增長，雖然增長幅度不大。在粉土基坑中，抗隆起安全系數從三點七六增長到三點九，增長了百分之三點七，而在淤泥土質基坑中，抗隆起安全系數從一點六八增長一點九三，增長了百倍之十四點九。這就說明，在淤泥土質中，土體粘聚力的變化對抗隆起安全系數有一定的影響。而在土體內摩擦角的基礎上變化正負五度的情況下，隨著內角增大，淤泥土質和粉土土質的基坑抗隆起安全系數都變大了，淤泥基坑的抗隆起安全系數從零點九三增至二點六四，增長了百分之一百八十三點九；在粉土基坑中，安全系數從二點九七增長四點七五，增長了百分之五十九點九。從這些變化來看，基坑抗隆起穩定性受內摩擦角的影響比受土體粘聚力的影響更大一些。

三、結語

目前，我國通過對基坑抗隆起穩定性方面的分析和研究，已經出臺了很多的規范和要求，但由于計算方法和種類比較的繁雜多樣，對基坑抗隆起的安全系數的選擇沒有進行統一，這些都給基坑工程設計帶來困難。因此，在基坑工程穩定與變形的若干問題上還要再進行進一步的分析，以便更好的為基坑工程設計提供參考數據。

參考文獻：

[1]夏霄.基坑工程穩定與變形分析的若干問題研究[D].導師：俞建霖.浙江大學，2015.

[2]張玉成，楊光華，鐘志輝，姜燕，喬有梁，方大勇，胡海英，劉鵬.軟土基坑設計若干關鍵問題探討及基坑設計實例應用分析[J].巖石力學與工程學報，2012，（11）：23342343.

[3]趙延林.深基坑穩定與變形的可靠性分析[D].導師：安偉光.哈爾濱工程大學，2012.

[4]劉穎. 對城市河道景觀設計的認識與體會[J]. 湖南水利水電，2013，（02）：7980.

[5]房建華，王強，王少東，王敏勇. 濟南市生態水利建設實踐及保障措施[J].中國水利，2012，（21）：5962.