浅析深基坑开挖引起土体的位移

武 将

(重庆交通大学)

浅析深基坑开挖引起土体的位移

武 将

(重庆交通大学)

本文通过比对国内外由深基开挖引起坑外土体的位移，总结出坑外地表沉降模式，确定了坑外地表沉降影响范围，并对坑外深层土体沉降做了说明，分析了坑外土体的应变。

深基 土体 沉降 应变 位移

在基坑开挖后，坑外的土体将会发生相应的水平位移和竖向沉降，而这会对周围环境产生比较大的影响，特别是紧挨着坑边的建筑物，当坑外土体发生较大位移时，可能出现建筑物发生破坏的情况。因此，坑外土体的位移是个重要参数，值得我们对此进行了较为深入的研究。

一、坑外地表沉降模式

关于坑外土体沉降模式的研究，Peck（1969）在分析许多地区的基坑工程实测数据的基础上，认为地表沉降曲线为三角形模型。相比 Peck(1969)[1]的沉降曲线，Goldbergetal．（1976）[2]、Bowles（1988）[3]、Clough & O，Rourke(1990)[4]通过对若干实际工程案例的实测数据进行分析，在考虑更多影响因素的基础上，也得出了墙后地表沉降的分布形式，虽然根据实际情况三角形状不同，但地表沉降曲线模式均为三角形。Ou et al. (1993)[5]通过整理分析10个实际工程案例的实测数据，提出因基坑开挖而引起的地表沉降曲线有凹槽型和三角形两种形态，并且认为发生这两种形态的区别是因为于维护结构变形的形式和大小。

在实际基坑工程中，坑外地表沉降是复杂的，往往是这两个基本模式组合而成，需要根据不同的具体情况进行具体分析。

二、坑外地表沉降影响范围

坑外土体的沉降影响范围，不仅与土体的水文地质条件相关，尤其是软弱下卧层的厚度及分布，同时还与基坑的开挖深度、围护墙的嵌固深度、施工水平等密切相关。Peck（1969）、Clough & O，Rourke(1990)、Hsieh et al. (1998)和Ou et al. (1993)的研究成果同样表明其影响范围在开挖深度的2～4倍之间。欧章煜认为坑外土体主要沉降影响区域为潜在的失隐破坏区域，当基坑发生破坏时，其破坏区域即为沉降的主要影响区域，因此坑外土体的主要沉降影响区域可以同基坑失隐时的破坏性状相互联系，从而可以通过潜在的破坏性状判断坑外土体的主要沉降影响区域。

通过众多学者的研究发现，4倍的基坑开挖深度范围内是坑外土体位移的影响区域主要范围，其中2倍基坑开挖深度范围内的土体位移最为明显，2倍的开挖深度范围之外，土体位移将逐渐减小，并最终可以忽略。

三、坑外深层土体沉降

深层土体的沉降将对周边存在建（构）筑物及管线时的基坑产生重要影响，因此研究坑外深层土体的位移变化情况，从而使基坑加固措施更加有的放矢。Ou et al. (2001)[8]通过分析台北TNEC基坑工程的坑外深层土体位移的监测数据，结果表明：坑外土体的位移随着其与墙体相对距离的变化而发生变化，距离墙体比较近的凸体，主要体现为水平位移，竖向位移相对要小很多；逐渐增大与墙体的相对距离时，水平位移逐渐减小，而竖向位移逐渐增大，在靠近地表沉降最大值所对应的位置附近，其深层土体的竖向位移达到最大，并且在基坑坑底平面以上的竖向位移值基本不变；随着与墙体的相对距离不断继续增大，土体的竖向位移与水平位移继续减小并逐渐趋于零，在此区域的水平位移值一般相对竖向位移的数值小。

因此，为了合理预测坑外建筑物基础深处或管线埋置深度处的坑外深层土体的唯一，需要研究其位移分布规律，从而对环境进行有效保护。

四、坑外土体的应变

大量的工程实测数据表明:在一般的常规岩土工程中，如基础工程基坑、及隧道等，以及常规的室内实验中，土体的应变变化范围大多都在0.01%～0.3%范围内，而对于应变值更小的土体变形，通过越来越多的实验发现，土体的应变与其刚度有着重要的关系，特别是在土体发生极小应变时。

在采用有限元等数值模拟分析方法分析基坑工程中土体变形时，在常规的数值计算过程中，通常不考虑土体的小应变现象。在对基坑变形过程的研究中，特别是针对坑外环境保护要求很严的基坑工程，合理考虑土体的小应变特性是非常必要的，能够更加合理地评估基坑开挖对抗外环境的影响。

综上所述，研究由深基开挖引起坑外土体的位移，是十分必要的。要在设计过程中充分考虑因深基坑开挖引起的土体位移，同时做好做深基坑的支护设计方案；在深基坑开挖过程中，尤要注意由开挖引起土体位移破坏性，应按照计算分析结果，制定严密施工方案，严守施工工序，确保将由深基开挖造成土体的位移控制在安全范围内，确保深基开挖的同时，不对周围环境及建筑物和人员造成破坏与伤害。

[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] 欧章煜，深开挖工程分析理论与实务[M]．台北：科技图书股份有限公司，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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