摘要：为缓解城市日益拥挤的交通状况，近年来，地铁建设在国内呈现出愈加繁荣之势。随着城市地铁线路数量的增多以及更多城市加入到修建地铁的行列，其工程环境也变得愈加复杂，临近公路、铁路、边坡、高层建筑等复杂环境的地铁修建工程愈发常见。对偏压基坑支护参数的调整与优化以及受力变形模式的研究也逐渐增多，然而现今对偏压条件下深基坑开挖的稳定性的深入研究仍然较少。在地下工程建设大发展、工程环境复杂程度逐渐提高的大背景下，对偏压条件下深基坑开挖稳定性的深入研究，在理论指导和施工安全控制方面都具有重要意义。
关键词：偏压基坑、地层沉降、桩位移、稳定性
1、国内外研究现状
1.1深基坑工程的分类及其特点
基坑分类的方法有多种，其中可以根据基坑周边有无边坡的情况，将基坑为无边坡基坑和有边坡基坑两类。无边坡基坑通常采用支护开挖，支护开挖是由地面向下开挖的一个地下空间。基坑四周为垂直的挡土结构，挡土结构一般是在开挖面底下有一定插入深度的板墙结构。常用结构型式为钢板桩、钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、地下连续墙等。有边坡基坑包括采用放坡开挖和天然边坡下开挖的基坑，前者由于采用放坡开挖的形式，基坑开挖深度有所降低，一般需要在后期对边坡进行覆土回填；后者基坑开挖深度一般不发生变化，与无边坡基坑相比，有边坡的设计、施工、安全控制过程中需要考虑边坡的影响以及保证边坡的稳定。根据国内明挖地铁车站的统计数据，支护结构的造价大约占整个工程造价的三分之一，因此，地铁基坑工程的支护结构设计是否科学合理，不但关系到结构和周边环境的安全，而且也将直接影响到工程的总造价。而合理选择基坑土体的开挖顺序、开挖方法以及对部分土体进行加强则能够有效地控制周围土体位移，对控制围护结构和建筑物变形具有重要作用。为保证基坑修建安全又经济，许多学者在基坑支护方式的选取及施工、施工方案优化及地下水的有效控制这三个方面进行了很多研究。郑宇炜，王永学，张黎明（2004）采用国家新的建筑边坡工程技术规范，介绍了某大型花岗岩深基坑边坡工程的支护设计计算、施工与变形监测，实践证明该法克服了过去因土、岩不分而带来的支护成本高、施工时间长等问题。
总体来说，目前国内外地铁车站基坑大多为无坡基坑，而有边坡基坑存在的形式又多以放坡开挖基坑为主，天然边坡下开挖的基坑则很少。而对有边坡基坑的边坡与基坑的关系研究又都仅局限于边坡的稳定性评价、边坡的治理措施，对基坑开挖与边坡稳定两者间内在联系的研究则很少。因此本文对临近既有边坡的偏压地铁车站的开挖稳定性研究对于基坑围护结构型式以及保证边坡安全具有重要意义。
1.2边坡条件对基坑稳定性研究
地铁车站基坑通常会遇到各种不同的施工条件，包括极其复杂的工程水文地质与地形情况，当基坑一侧存在山地边坡或临时堆载时，基坑受到的偏压作用不仅使基坑的设计、施工变得更加复杂，同时基坑两侧桩体产生不一致的变形、弯矩，基坑稳定性大大降低，此时基坑稳定性的研究就成为一个不可忽视的问题。
1.3基坑工程对边坡稳定性影响
基坑开挖是基坑高边坡变形破坏的根本原因。基坑开挖增加了边坡高度，抬高了坡角，破坏了自然边坡的力学平衡，引起边坡应力场的调整，一旦坡体应力条件恶化，超出边坡土体的承受能力，边坡失稳随之产生。在基坑开挖过程中人为地破坏了斜坡的平衡稳定条件，加速或引发滑坡发生的各种活动主要有：1）边坡坡脚切层开挖，即在原有斜坡的基础上，破坏坡脚土体，人为增大了斜坡角度或破坏了坡体的支撑部分，斜坡失去平衡，导致滑坡、崩塌的发生。而坡前排水沟没有开挖或有些即使开挖但水并未出，形成水浸泡坡脚，土体软化，进而出现坍塌；2）人工开挖造成斜坡，即在原来不存在斜坡的情况下人工开挖而形成较陡峻的边坡，从而为边坡失稳创造了条件。
2、偏压影响下基坑稳定性分析
2.1工程概况
莲塘口岸站为深圳市城市轨道交通2号线三期工程的第一个车站，莲塘口岸站跨罗沙路设置，站位与猫屋山坡脚位置冲突，罗沙路南、北侧车站工法采用明挖顺作法，跨罗沙路段采用盖挖逆作法（52.7m）。南、北侧明挖基坑围护结构施工前需要对场地进行平整、削坡及边坡防护处理。南侧西岭花园距离深基坑长度24m，北侧广岭家园距离深基坑最近60m。南侧端头位置边坡紧邻车站，在边坡防护阶段围护桩密排兼做边坡挡墙。车站西南角为猫窝山，东北角为塘排山。车站全长共为 151m，
2.2基坑稳定性分析
地铁车站基坑通常会遇到各种不同的施工条件，包括极其复杂的工程水文地质与地形情况，当基坑一侧存在山地边坡、高层建筑物或临时堆载时，基坑受到的偏压作用不仅使基坑的设计、支护、施工变得更加复杂而且会使基坑两侧桩体产生不一致的变形、弯矩，偏压效应的研究对于基坑安全稳定性的控制具有重要意义。选取二维有边坡及无边坡模型进行数值模拟分析（如图1所示）探讨边坡对于地层沉降、围护桩位移的影响。
2.2.1地层沉降影响
图2为含边坡以及不含边坡的基坑开挖模型在完成基坑开挖后的地层沉降云图。模型采用完全一致的基坑支护方案，其中，边坡模型在基坑开挖前采用预应力锚杆对边坡进行了锚固。从地层的沉降云图（1）上可以看出，无边坡模型基坑左、右两侧的竖向位移等值线有序分布在基坑两侧，其沉降值基本呈现对称分布。右图（2）所示，由于边坡偏压的影响，基坑左、右两侧的沉降、回弹值出现明显的差异性分布：边坡处主要表现为沉降，基坑右侧主要表现为地面的隆起。无偏压开挖过程中，临近基坑处的地层位移约为 0.5cm， 表现为地面的隆起，而边坡模型在对应位置处出现了 2cm 左右的沉降。
下面，根据地面沉降特点来分析开挖影响的边界。图 3为有、无边坡的地层模型在开挖结束后地面监测点的沉降曲线图，图中数据正值为地层的回弹，负值为地层沉降。取基坑右边界点作为横坐标起点，监测自基坑右边界处开始的地面沉降变化。由图中的变化数据所知，边坡的影响使得基坑右侧的位移值明显地提高，从数值上看，边坡的存在使得基坑右侧的地面竖向位移提高了 1 倍。在影响范围上，受边坡偏压影响，基坑开挖对于地面沉降所造成的影响范围有着明显的扩大，取地面沉降接近于 0mm 作为影响边界，边坡的存在使得影响范围从 46m 扩大至 52m，约扩大 1.2 倍。此影响很大程度上加大了施工过程中地面围护工作，同时，对于支护手段的选择也造成了一定的难度。从整体的变化趋势上来看，有、无边坡模型的地面竖向位移变化趋势基本一致，临近基坑处表现为地面隆起较大，随距基坑右端面的距离加大，隆起逐渐降低直至影响边界处。
2.2.2桩位移影响
图 4为有、无边坡的地层模型在开挖结束后的围护桩位移图。对于边坡模型，由于基坑两侧的土体分布存在极大的差别导致有边坡基坑开挖结束后，右边桩的变形大致呈“右倾形”：其最大水平位移虽出现于桩顶处，其数值为 10mm 左右。左边桩的变形成标准的“弓形变形”：于桩的中部位置出现最大水平位移值，桩顶与桩底位移值相对很小，最大变形值为 14mm。由模拟数据知，对于边坡模型，与坑边平行的同一水平线上基坑右侧桩的变形呈抛物线状，基坑左侧（靠近边坡）的桩变形则呈不规则的“弓形变形”。与有边坡模型相比，无边坡情况下由于基坑两侧土体分布情况较为接近，基坑左、右侧桩的位移模式基本相同，且在数值上要小于边坡模型下的桩位移值。
2.2.3偏压稳定性影响
偏压、无偏压基坑的安全稳定性分析数据如表1所示。从表中数据可知，偏压的产生使得最大沉降值增大了 10 倍之多，从 0.3mm 增至了 5mm，。两者在桩变形情况上存在明显的差异，由于偏压作用，偏压基坑的近坡桩产生了14mm 的变形。总体来说，边坡的存在对于基坑的稳定性存在着很大的影响，在应力及变形方面均有着很明显的体现，但由于进行了合理及时的支护，整体仍是保持稳定状态。
3、结论
（1）分析了有、无偏压条件下的基坑开挖影响变化范围。由于边坡偏压的影响，基坑左、右两侧的沉降、回弹值出现明显的差异性分布：边坡处主要表现为沉降，基坑侧壁主要表现为地面的隆起。受边坡偏压影响，基坑开挖对于地面沉降所造成的影响范围有着明显的扩大，边坡的存在使得影响范围约扩大 1.2倍。
（2）分析了偏压基坑开挖过程中的地层沉降与隆起特性。基坑临边坡表层均表现为沉降，基坑底部以及无偏压一侧均表现为地层的回弹，且回弹量最大值均出现在靠近无偏压一侧的基坑底部。
论文作者:林辉,
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷10期
论文发表时间:2019/9/20
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