摘要：基坑开挖是一个卸载的过程，具有竖直方向与水平方向卸载，同时还有应力应变路径问题，土体的弹性模量、压缩模量也在变化。在局部卸载过程中，由于存在主动土压力，墙内外的土压力差值在增加，会造成地下连续墙产生向坑内的侧向变形。随着开挖深度增加，地下连续墙变形量在增加、变形位置也在变化。
关键词：基坑地连墙；开挖；变形趋势；
随着地下空间的综合开发，基坑的规模越来越大，基坑开挖宽度和深度不断突破以往记录。深基坑的研究已经较多，而对随基坑开挖宽度增加带来的影响研究的较少。定性的粗略来讲，基坑开挖宽度越大，对周边环境的影响也随之增加，然而是否存在一个临界宽度，使基坑宽度的增加对周边环境的影响范围不再增加，此临界值的影响因素有哪些。
一、工程概况
该深基坑工程最大开挖深度为17.97ｍ，开挖宽度含工作面为30ｍ，基坑平面形状为规则的长方形。
二、基坑地连墙在开挖过程中的变形趋势
1.测点布置。施工之前在地下连续墙钢筋笼上埋设带导槽优质测斜管，测点布设于基坑四周，沿基坑长边各布设２个监测点，基坑短边中点各布设１个监测点，设于中点。主要是在墙底附近侧移较监测结果明显偏大，这是由于实测值是在假定墙底侧移情况下得出的结果，但实际情况中墙底会向坑内产生一定量的侧移。另外，由于没有考虑地下水、天气及施工机械荷载的影响，也使得监测结果存在一定的偏差。
2.基坑宽度的影响分析。数值计算中对基坑开挖引起的地表变形、连续墙变形及坑底变形进行了研究，本文中仅讨论开挖宽度对基坑开挖引起的坑底变形的影响。由不同基坑开挖宽度的坑底隆起变形的计算结果可以看出：1）基坑开挖时，坑底发生隆起，当基坑开挖宽度较小时，由于基坑两侧连续墙的存在，基坑底部的隆起相当于在两连续墙间，存在一个类似土拱，使得基坑中央隆起值最大，基坑周边受到连续墙的约束，隆起值小于基坑中央；2）当基坑开挖宽度较小时，随着基坑开挖宽度的增加，两侧连续墙对坑底隆起的限制作用越来越弱，坑底隆起值增加，当基坑开挖宽度小于50m时，随基坑开挖宽度增加，坑底隆起值增加，但增加幅度逐渐减小；3）开挖宽度继续增加，地表变形和连续墙变形均有收敛的趋势，因而坑底隆起土体总体积的增加也趋于收敛，但由于隆起范围增加，因此坑底隆起值减小；4）当基坑宽度继续增加时，随基坑宽度增加，坑底隆起值减小但基坑两侧之间的相互影响明显减小，可忽略不计，因此基坑中心的隆起值会小于基坑边缘的隆起。基坑开挖时，坑底隆起变形对基坑开挖宽度的变化尤为敏感，存在两个临界宽度，当基坑宽度小于第一临界宽度时，随基坑宽度增加，坑底隆起量增加，该临界宽度同时影响基坑开挖对地表变形的影响范围；当基坑宽度介于第一和第二临界宽度之间时，随基坑宽度增加，坑底隆起量反而减小；当基坑宽度超过第二临界宽度时，随基坑宽度增加，坑底中心隆起量小于边缘隆起量。
3.影响地连墙最大侧向位移的因素分析。根据统计资料得知，影响地连墙侧移的参数主要开挖深度、各土层的厚度等。选用控制变量法，假设其他参数条件不变，分别单独改变各个土层土体模量参的大小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆取各个土层的实际值的倍数，然后分别建立有限元模型，将这些模型的计算结果进行有对比分析。结果表明：距离基底较远的土层参数变化对围护墙体最大水平位移位置的影响较小，而地连墙的刚度（厚度）对于地连墙的最大侧移的影响具有明显的区别。地连墙的刚度直接取决于地连墙的厚度，其他参数条件不变，只改变地连墙的厚度大小，发现地连墙在不同厚度情况下具有明显变化，围护结构对于基坑变形起到了很大的作用。其中最小值在厚度为相对增加很少，考虑到地连墙的厚度对于施工难度与经济的影响。只有围护墙体自身刚度以及地下各土层强度是决定墙体水平位移最大值所在位置的两个主要因素。
4.监测结果。需要截取具有代表性的一部分基坑进行模拟，这样原有的基坑部分之间的连续性也被截断了，如何准确的定义边界条件使选取的模拟部分的边界条件与原来的边界条件相同，是边界条件定义成功与否的判断标准。围护结构入土深度是深基坑设计的重要参数，因此，拟采用单因素分析方法研究围护结构不同的入土深度对其侧向位移的影响。此外，从支撑轴力监测结果来看，轴力变化明显的区域位于第一道支撑，但第一道支撑承载力高于第二至第四道支撑。同时，第二道支撑至第四道支撑极易受到气候、支撑节点、温差等因素的影响，呈现支撑预应力损失问题。因而，在后续工况中，可对支撑轴力做出适当的改变。即减少第二道至第四道钢支撑设计轴力。除此之外，从地表沉降量监测结果来看，处于基坑长边中心沉降点沉降量最大。不能盲目通过增加墙体的入土深度来控制其最大侧移值，因围护结构入土深度满足基坑变形稳定性要求后，再继续增加入土深度对控制其侧移的效果并不明显。在基坑开挖时尽可能对基坑进行分层分部开挖，在有多道内支撑的围护结构体系中，内支撑的架设要上疏下密，要采用先撑后挖的形式，及时的架设第一道内支撑，防止在架设钢支撑前基坑就已经发生了过大的变形，在满足施工和地板浇筑要求的情况下，最后一道内支撑架设的位置要尽量靠近基坑底部。
5.基坑数据。因受地连墙的墙体位移、支撑混凝土体积变化及施工等因素的影响，支撑轴力变化较为复杂。基坑开挖后支撑受力明显，尤其表现在环撑和对撑上，施工过程中环撑和对撑上支撑轴力变化较大，对撑之间连杆受力较小。接杆上的监测点随着基坑开挖深度的加深基坑周边路面及管线靠近基坑轴线位置的监测点沉降量持续增大，距离基坑较远的天然气管线呈现较小的上升状态；地连墙墙顶水平位移表现为北侧产生指向坑外的位移，南侧产生指向坑内的位移，两侧位移量基本相当，东西两侧位移值较小，地连墙顶部及立柱产生向上的位移，地连墙顶部垂直位移变化均匀。在基坑工程的数值模拟中，尤其对于窄长型基坑，其长宽比较大，要完完整整的模拟整个基坑是不能实现的，因此就需要截取具有代表性的一部分基坑进行模拟，这样原有的基坑部分之间的连续性也被截断了，如何准确的定义边界条件使选取的模拟部分的边界条件与原来的边界条件相同，是边界条件定义成功与否的判断标准。对于基坑支护设计和施工，最直观的安全指标无疑是基坑水平位移和沉降量。基坑开挖过程中施工组织设计、施工干扰影响较大，不确定因素较多，并且在数值模拟过程中对周围建筑的荷载考虑较少导致了模拟值小于实测值。随着基坑的开挖，围护结构后面的土体会从侧面和底部向基坑内挤压，这样基坑周围的土体就会出现沉降。结合实际工程，在条件允许的情况下，要尽可能早的施加钢支撑，尽量减少基坑无支撑暴露时间，同时加快地板和侧墙的浇筑，使其尽早的整体受力，可以有效的减少基坑的变形保证基坑安全。
在基坑的施工过程中，基坑的开挖方式对地连墙的变形产生直接影响，开挖造成的土体高差较大时监测项目的变化速率往往超出设计技术要求的报警值。在类似基坑监测工程中宜在地连墙拐角处埋设水平位移监测点及深层水平位移监测点以便监测地连墙底部的位移变化情况。
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论文作者:熊浪波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签：基坑论文; 宽度论文; 位移论文; 条件论文; 深度论文; 边界论文; 土层论文; 《防护工程》2018年第35期论文;