软土地区深基坑工程施工变形特点与控制

王少雷

【摘要】随着我国基础建设的快速发展，软土地区深基坑工程在我建设进程中有着十分重要的作用，其具有造价高、隐蔽性较强、风险较大等特点，因此分析基坑施工过程中的变形特点，提高施工的安全性，减少不必要的经济损失是十分必要的。笔者结合工程实际经验，对富水软土地区深基坑工程的基坑支护结构施工、降水施工、开挖施工等阶段进行分析，阐述了在富水软土地区进行深基坑施工全过程中各个阶段产生的变形及控制方法。

【关键词】软土地区；深基坑；变形；控制

1、软土地区深基坑工程的特点

1.1基坑开挖面积和开挖深度发展迅速

20世纪80年代深基坑的广泛出现，但由于技术上的限制，开完深度一般为10m。随着城市的快速发展，越来越多的大面积、大深度的特大基坑工程不断涌现。例如，由上海城建隧道公司承建的中原第一深基坑——郑州地铁紫荆山站2号线南端部分主体基坑开挖深度达30.85米，是目前中原地区最深的基坑，工程主体围护采用1.2米厚地下连续墙，墙深50.65米；天津火车站的交通枢纽基坑工程最大开挖深度达33.5m；武汉阳逻双塔单跨悬索的长江公路大桥，其南部深基坑开挖深度达45m，开挖直径70m。

1.2基坑开挖的周围环境更加复杂化，使深基坑工程进入变形控制设计的时代

随着近几十年软土地区大型地下商场、地下轨道交通、人防工程及特高层建筑的大量涌现，基坑工程对周围的环境的影响是设计人员和施工人员需要面对的一大难题。目前，大多数深基坑工程身处建筑物密集地区，基坑周边往往会有地下市政管线、重要的建筑物、地铁隧道、地下商场、桩基基础等。然而，软土地区的基坑的开挖往往会出现连带效应，引发周边土体的应力场的变化，使周边土体发生较大的变形和位移，从而引发周边建筑设施的不均匀沉降，造成城市道路，市政地下管线等重要城市基础设施受到损坏，甚至会发生周围建筑的坍塌破坏，造成巨大的经济损失。因此分析软土地区深基坑施工过程变形对周边环境的影响规律，归纳总结深基坑工程实践中采用的各种基坑变形控制方法和经验，对指导软土地区深基坑的设计具有十分重要的意义。

2.软土地区基坑开挖过程变形

2.1围护结构变形

Clough和ORourke[1]通过对内支撑和拉锚支护的深基坑开挖引发的围护结构变形的长期试验研究，得出软土地区基坑围护结构的变形分为三种形式（图1）：①悬臂梁变形形式：在土体开挖初期，施工采用先基坑开挖后安装首道支撑方法，或在下部土体开挖的过程中上部支撑刚度不足或未及时提供支撑力，此时围护机构的变形与悬臂梁受力变形较为相似，基坑边缘沉降最大，并以抛物线形式向周围扩散沉降；②鱼腹梁变形形式：随着开挖深度的进一步加深，上部支撑的刚度和支撑力有所增加，具有一定的抵抗能力，限制了围护结构的上部向坑内的位移，使围护结构的变形转变为底层支护结构的向内凸起，变形形状接近于鱼腹梁形状，此时地面沉降的最大位置由围护墙墙边位置转移至距基坑边一定的距离的某一点；③组合变形形式：此变形形式为上述两种变形的组合，坑外地面的沉降亦为上述两种情况的组合。

对于围护结构的变形，需设计人员和施工技术人员合理选择、墙及支撑体的刚度、强度；提前做好支护方案，必要时可采用坑外预注浆技术，提高土体的强度和刚度；严格控制基坑外的荷载。

图1内支撑或锚杆支护基坑围护结构变形形态

2.2坑外土体变形

对于坑外地表面的沉降，Capse提出了对数螺旋线位移模型，即将围护墙后的土体人为的分成3各区域：塑性区、弹性区、非扰动区，各个区间的以对数螺旋线为分界线，基底面和墙趾为螺旋线的起点，见图2所示。因为基坑工程十分复杂，这种方法仅能用于工程的估计计算。

图2坑外土体的分区

孙钧[2]将有围护结构的深基坑开挖后地表面发生沉降的原因归结为如下几个方面：①基坑开挖、支护的过程中，围护结构的地下连续墙墙体偏移和墙体的翘曲变形；②坑底土体因土体的卸荷出现回弹、塑性隆起及管涌流砂；③降水导致围护结构墙体背部土体固结和次固结沉降；④井点降水带走了部分土体颗粒造成部分土层损失；⑤围护墙相邻槽段因柔性接头较差引起相对错动的沉降，导致土体流失。其中前三个原因是基坑是概念股过程中不可避免的，需要采取有效的施工方法来解决问题；后两项可通过提高施工质量予以改善。

2.3坑内土体的变形

目前工程界一般认为卸载效应是基坑开挖坑内土体隆起的主要原因，竖向土体卸载效应改变了坑底土体初始应力状态从而导致坑底回弹及隆起。当基坑开挖深度较小时，坑底土体在卸载后会产生弹性回弹变形，回弹的特点为坑底中部凸起，且坑底的隆起与基坑的开挖呈同步状态，基坑开挖停止，坑底的隆起停止，但这种坑土体的回弹不会使基坑围护结构和基坑外表面的土体向坑内的位移。随着开挖深度的不断增大，基坑内外的高差不断增加，基坑内外高差形成的主动土压力和各种地面荷载作用，会使围护结构和坑外土体向坑内位移，对坑内土体生側向推挤，从而使坑内土体产生向上的塑性隆起并在基坑周边形成较大的塑性区，引起地面沉降。当基坑土体的塑性区范围较大或发生塑性区贯通，则基坑将可能发生整体失稳破坏。

3结语

软土地区基坑开挖的全过程引起变形的原因十分复杂，任何扰动都会引起应力场的改变，其中以围护结构的变形、基坑降水变形为主。同时软土地区基坑降水、基坑开挖引起基坑内外土体的变形和围护结构的变形具有一定的相互关系，在控制基坑变形时，需同时考虑多因素的影响，从多角度来控制基坑的变形。对于围护结构的变形，如桩、墙的水平位移和倾斜，在基坑开挖应合理选择桩、墙及支撑的刚度和强度，及时布设支撑，安排合理的开挖方案，严格控制基坑外的荷载；基坑隆起变形可通过增大桩、墙埋入深度，加固被动区土体，隆起区设置减小隆起的桩；基坑降水变形应对不同降水阶段采用不同的治理措施，开挖前的坑内降水应提前设置横撑或与预注浆液，或分层降水，开挖开始后的降水，特别是承压水应截断承压含水层，减少抽水量，或缩短工期减少承压水头。

参考文献

[1]周红波，蔡来炳.软土地区深基坑工程承压水风险与控制[J].同济大学学报（自然科学版），2015，01：27-32.

[2]潘伟强.软土地区深基坑工程承压水施工风险控制技术[J].上海建设科技，2014，06：44-46+53.