浅谈邻近复合地基建筑物的工程基坑支护方案的研究

孙伟

摘要：随着城市化进程的迅速推进，基坑工程越来越普遍。受限于有限的城市建筑用地，基坑周边紧邻既有建筑物的情况十分常见。基坑开挖土体卸荷作用会使周边地面及建筑物产生变形，在软土场地上表现尤为明显。基坑支护方案选型与设计优化中需要考虑对这些相邻建筑物地基变形的影响，以期在基坑安全性与工程效益之间寻求一个理想的方案。

关键词：基坑;复合地基;支护结构

近年来，土地资源越来越紧缺。为提高土地利用程度，各地对地下空间的开发强度越来越大，地下工程、基坑工程在整个建设项目中十分普遍。同时，城市建筑密度大，新建项目周边往往紧邻各类不同基础形式的既有建筑，这其中包括复合地基、天然地基等。这类基坑工程，由于边界条件的约束，在实际工程中需要工程设计人员对邻近建筑物的变形问题进行认真核算，对设计文件进行反复优化。

1 基坑支护设计考虑的关键要素

工程中对邻近既有建筑的基坑項目提出了一些需要探讨研究的问题，主要表现为以下两个方面：

1.1 在基坑方案选型与计算中，需要通盘考虑围护结构自身受力及变形、周边地面沉降及邻近建筑物的沉降倾斜等控制因素，在这些因素中寻求安全与经济效益的平衡。常规的设计方法难以协同考虑这么多因素，需要借助数值模拟计算等方法;这其中本构关系以及建模有关的一些参数的选取尚缺乏普遍性的参考依据，需要结合工程实际开展分析研究。

1.2 基坑开挖导致坑外土体卸荷，邻近建筑的复合地基起到阻挡土体水平变形的作用。但复合地基又不同于桩基础，其竖向增强体长度一般较短，基坑支护桩长不足或者基坑开挖裸露时间过长将导致复合地基水平变形增大，进而导致既有建筑的沉降变形。因此，在基坑支护方案的选型优化中，如何既一定程度利用邻近建筑复合地基对坑外土体的加固作用，同时控制其变形在可控和允许范围内，是值得开展实践性研究的。

尤其是像天津滨海地区这类软土广泛分布的地区，地质条件对基坑开挖变形控制极为不利;但在基坑支护方案设计过程中，设计人员往往忽略既有建筑物与基坑的相互影响，导致设计方案偏于保守或偏于不安全。

2 关键设计要素对基坑变形影响的研究现状

2.1 土力学理论

按照经典土力学理论，在基坑土方开挖的过程中，开挖深度范围内的土体会发生卸荷，导致坑外土体受到的水平应力约束不断降低，土体具有向坑内运动的趋势，进而挤压围护结构，坑外土体作用在围护结构上的力也由静止土压力向主动土压力转变。随着基坑开挖深度加大，围护结构受到的水平向剪力不断增大，受到的净土压力也越来越大，支护结构产生较大弯矩及朝向坑内的变形。

2.2 基坑变形的模式

基坑开挖引起的围护结构变形受到土体性质、降水情况、土体开挖面积及深度、围护结构及支撑刚度、施工工序、周围建筑物等多种因素影响，并非简单地表现为单一、确定的形式。根据大量工程实测资料，分析围护结构变形形态的差异，总结得出了基坑围护结构变形的四种模式，分别为：内凸式，复合式，悬臂式以及踢脚式。

2.3 影响基坑开挖变形的因素

围护结构发生最大水平位移的位置受到基坑开挖深度、桩型、桩径以及支撑设置情况等因素的影响。有研究认为，在施工过程中随着土方向下开挖，围护结构最大水平位移位置相应逐渐下降，并最终发生在基坑开挖面附近。对基坑围护结构最大水平位移的计算是设计中的重要内容。国内外学者围绕着基坑围护结构最大变形值与支护方式、土层条件、基坑抗隆起安全系数等之间的联系进行了系统性研究，提出了许多估算基坑围护结构最大变形值的方法。结果表明，围护结构形式对其最大变形值的影响是比较显著的。

2.4 基坑支护结构刚度对基坑变形的影响

秦会来[1]等人针对支护结构刚度对基坑变形的影响开展了分析研究，认为在特定地质条件下，提高围护结构整体刚度是控制基坑变形的主要手段，提高抗弯刚度可以减小基坑变形。王晓辉[2]利用有限元分析方法，细致研究了支护结构刚度、支撑刚度及位置、基坑开挖时空效应等因素对支护结构内力和变形的影响，给出了控制变形的一些具体方法措施。王峻科[3]等人也利用ABAQUS有限元软件分析支护墙插入深度及刚度的改变对基坑变形的影响，得到了一些规律性的认识。胡长明[4]等人针对软土基坑的变形影响因素进行了研究，指出，增加支护桩的嵌固深度是提高坑底抗隆起安全系数的有效方法。

3 结语

根据以上研究可以看出，影响基坑变形的因素很多，其中基坑自身的开挖深度和规模、岩土水文地质条件和参数属于客观因素。在基坑设计阶段能采取的主动办法主要是合理的支护结构选型、支撑设置以及优化支护整体刚度等，但必须要认真对待并紧密结合前述客观因素。

参考文献：

[1]秦会来，张晓春.支护桩刚度对基坑变形的影响分析[J].勘察科学技术， 2017（01）：1-6.

[2]王晓晖.软土深基坑支护结构内力与变形的影响因素分析[D].江苏：河海大学， 2003.

[3]王峻科，陈志坚，荀志国.基坑支护插入深度及刚度对变形影响的有限元分析[J]. 江南大学学报（自然科学版）， 2015（06）：847-851.

[4]胡长明，周正永.某软土深基坑变形影响因素分析及控制[C].中国中西部地区土木建筑学术年会， 2011.