浅谈基坑围护稳定性的影响因素

2015-04-16袁乐天

四川水泥 2015年10期

关键词：围护结构墙体土体

袁乐天

(江苏建院营造有限公司 15000)

1 内支撑对稳定性的影响

1.1 基坑开挖围护结构稳定性

通常情况下，支护结构体系有两种破坏形态：一是功能性破坏；二是结构性破坏。

1).承载力极限状态

当围护结构的承载力达到极限状态或者已经不适于继续承载，继续承载会导致结构整体或者部分破坏时，这一状态即为承载能力极限状态。支护墙体承载能力极限状态表现为以下四点：

(1)墙体断裂

(2)踢角遭到损害

(3)墙体坍塌

(4)锚撑失去稳定性

承载能力在达到极限时受到破坏极有可能会对维护结构造成损害，这种损害对人民的生命和财产都有伤害。所以，应该避免这种情况发生。

2).正常使用状态下的极限标准

当支护结构出现开裂等不适合正常使用的状态，继续使用会使结构持续性破坏或者让人感觉不舒适，这一状态就叫做正常使用极限状态。支护结构若出现大程度的变形亦或是周围的底下管线损坏和周围建筑物破坏的情况，则能够判断周围的维护结构超出了正常状态下的使用限度。

所以，可以根据上诉观点将基坑围护结构失稳定义：在基坑超过正常使用的限度时，基坑属于正常使用性的失稳；在基坑超过承载力极限的状态，基坑属于结构性的失稳。

1.2 判别基坑围护结构是否失稳

当围护结构发生墙体折断、踢角破坏、墙体跨塌或锚撑失稳时可以判定为基坑结构性的失去稳定；而若是基坑开挖的深度过深，主体基坑的支撑防护结构为一级的安全等级，若基坑的安全等级为一级的情况下，根据《建筑基坑支护技术规程》中规定，当基坑地表的沉降幅度为≥0.1%H，支撑防护结构的最大水平位移为i＞0.14%的情况下，便可以认定为该基坑围护结构属于正常使用性的失去稳定性。

1.3 内支撑根数的影响分析

支撑道数的多少与基坑支护结构的稳定和变形息息相关，很明显的是，支撑道数越多，它的支撑力就越大，结构越安全。但是实在富余的支撑力不仅提高了工程造价还会减慢工程进度，所以基坑计算设计就是一个寻找平衡点的过程，综合考虑各方因素，达到安全和经济双赢的效果。

下表1总结罗列了不同支撑道数情况下，基坑得最大支撑力、最大墙体弯矩、最大地表沉降、最大墙体变形值。由此可以判断，由于支撑道数的逐步减少，在水平的墙体压力下，受力分担的比例增多，连续墙中的弯矩值也会随之递加，还促使被动区土体被动压力增加。由此可以得出结论：“踢脚"失去稳定性的最易发生情况是在减少支撑道数的情况，在施工中应该注意避免这种情况发生。

表1 不同范围的支撑道数基坑变形

2 地下连续墙设计参数的影响

2.1 墙体刚度对基坑稳定性影响

图2、3分别是不同刚度比下坑周土体和强身位移曲线，由图可知，增加墙体的刚度，可以有效地是减少在工程过程中墙体顶部变位同时控制地表沉降现象，虽然增加墙体的刚度，通过增加厚度的办法最大限度控制和减小墙体的水平位移和地表沉降，但是无形当中成本也随之提高了，因此，一般情况下在确保安全情况下，往往采用其他方法来解决上述问题。通过下图可以看出，墙体的水平变形随着墙体刚度的增加减小，变形减小而使得上部分的主动土压力增大，增大的土压力被墙体内侧的被动区土体承担，墙体根部的水平位移与墙体的刚度呈正相关关系。同时随着墙体刚度的变大，曲线斜率逐渐变小，说明刚度的变化并不会对减轻墙体位移和沉降现象产生明显的作用，也就是说仅仅依靠增加墙体厚度单一方法来限制变形是达不到良好的经济效益的。

图1 不同刚度比下坑周土体沉降曲线

图2 不同刚度比下墙身水平位移曲线

2.2 墙体嵌固深度对基坑稳定性影响

影响挡土结构挡土结构的受力和稳定直接因素之一是嵌固深度，一方面，嵌固的深度如果不足，则影响挡土的结构强度，影响小挡土结构变形太大，影响过大又容易造成基坑不稳，威胁周围环境。此外，同上述情况类似，嵌固深度过深工程造价同样增加，在设计挡土结构时应当特别注意的问题之一是计算出合理的嵌固深度，到达安全经济的效果。

支护结构的颧骨深度是设计的重要指标之一，前文我们提到墙体入土深度不够是事故的主要诱因，支护结构倾斜也归因为墙体入土深度不够，不仅会威胁到工程的施工进展，同时造成人员、财产损失。例如，悬臂式围护结构体系，在施工时强大的外力全部施加在被动区的土体，也就是说支护结构的位移和受力情况取决于墙体的入土深度，但当连续墙的嵌固深度大于0.09～1.0H的时候，从图上变化曲线可以看出斜率是不断减小的，说明继续加大墙体埋入深度对改善结构受力情况的效果不大。自身刚度较大的支护结构加之由多道支撑构成，因此受嵌固深度这一因素的影响并不明显，通过加设支撑，增强支护结构系统就可以避免失稳发生，由此得出结论，此类结构可以减少支护结构的嵌固深度，根据对上述问题的总结，较为常用的处理方法是考虑总体稳定性和防止管涌的条件二者情况从而算出支护结构的最小嵌固深度即可。