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摘要：在深基坑开挖过程中，施工人员和设计人员既要确保基坑本身的安全、稳定以及功能，还需要对基坑施工所引起的变形及其对周围环境的影响进行管控，以防止基坑变形对周围环境产生的不利影响，确保基坑的施工质量和安全性能。本文首先分析了深基坑开挖的特点，其次对深基坑开挖变形的原因进行了阐述，并进一步提出了深基坑开挖变形控制的可用措施，以供读者参考。
关键词：深基坑；开挖变形；变形控制；技术与措施
引言
随着我国城市建设步伐的加快，城市大型地下建设工程逐渐增多。在城市建筑密集区域，基坑周围往往分布着大量的建筑物和管线，深基坑开挖工程呈现出“深、大、近、紧、难”的特征，使得深基坑开挖变形控制及其对周围环境的影响控制成为建设过程中的技术难题。因此，要想实现对深基坑开挖变形的控制，必须研究其变形原因，对症下药，采取恰当的控制措施。
一、深基坑开挖的特点
1.1安全储备小、风险高
一般来说，基坑工程是一种临时性的措施，在设计过程中，需要考虑基坑围护的荷载以及地震荷载等内容，与永久性结构相比，其耐久性、防渗透能力、防变形能力以及自身强度等方面的要求都比较低，对安全储备的要求较低。而且在实际建设过程中，一些建设方为了节约成本，再加上对基坑建设的认识存在偏差，会对设计提出一些不合理的要求，这些不合理的要求可能会危害基坑开挖的质量及安全。因此，使得基坑工程的建设过程存在较高的风险。
1.2影响因素众多
基坑施工的过程与自然条件关系紧密，在设计及施工过程中，都要考虑到水文地质条件、工程地质条件以及气象变化的影响，具有一定的时间效应；此外，基坑工程的支护结构还受到地下管道、地下及相邻建筑物的影响，具有一定的空间效应。因此，深基坑的开挖过程必须根据基坑的开挖规律和原理进行。
1.3对技术人员要求高
深基坑的设计和施工需要更多的知识，如岩土工程和结构工程。这就要求设计者和施工者具备更加全面的综合知识和更加丰富的工程经验，降低由于设计者和施工者经验、知识不足引发问题的概率。
二、深基坑开挖变形原因分析
基坑变形的原因大体来说就是在开挖过程中，土地卸载使得围护结构所受到的基坑内外侧压力不平衡，由此引发了基坑内的位移，土体移动进行传递后，使得周围的建筑物和地面发生沉降或水平位移现象。主要引起的原因有以下几种：
2.1围护结构的位移
在基坑开挖过程中，由于基坑内的土地卸载，在车辆动载、施工荷载以及坑外水土压力的多重作用下，维护墙体的内侧受到被动土压力，而外侧则受到主动土压力。因为在基坑开挖过程中，都是先开挖，再进行支撑，在开挖结束到开始支撑这段时间，或由于支撑刚度不足时，围护结构的变形将类似于悬臂梁，被动土体无法完全抵抗坑外的压力作用，进而产生围护结构向坑内位移的现象。
2.2基底隆起
目前工程界一般认为基底土体隆起的主要原因是基坑开挖的卸载效应作用。当基坑开挖深度不大时，基坑底部土体产生竖向弹性回弹，基坑中部隆起较高，基本不会引起围护结构和基坑外土体向坑内的位移；随着基坑的开挖深度的增加，基坑内外地面的高度差不断加大，基坑开挖面以下的一定范围距离内的围护桩逐渐向坑内移动，并挤压基底部的土体，使得基坑底部土体发生向上塑性隆起，塑性区的发展将导致基坑的整体失稳破坏。
2.3基坑周围土层位移
外围土体的应力状态在基坑开挖过程中发生变化，地层的垂直和水平方向也发生了位移，以此来弥补由于围护结构的变形所造成的土体损失。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其具体表现就是地表的硬壳层出现拉伸裂缝，地表出现较为明显的沉降，而且基坑周围的地形也会随着基坑变形的变化而变化。开挖初期或首层支撑架设之前，距离基坑越近的地方，地面的沉降越大，坑外地面沉降槽为三角形；首层支撑架设后，随着开挖的继续，坑外距围护结构一定水平距离处地面沉降进一步增加，沉降槽将发展为凹槽形。
三、深基坑开挖变形控制措施
3.1控制好水平位移和沉降
在基坑开挖过程中，做好基坑附近地层的水平移动和沉降的控制工作，确保不破坏拮抗周围的环境。特别就深基坑而言，其施工空间狭小，附近建筑物较为密集，一旦发生较大沉降，破坏力更强，由此显得控制附近环境位移的作用更加重要。在地质较好地区，基坑开挖所造成的周围地形的变化影响较小，而对于软土地质而言，由于地层较为柔软，基坑开挖造成的变形影响极大，甚至容易引发巨大的安全事故，造成巨大的经济和人员安全影响。
3.2控制好基坑开挖的相关因素
基坑开挖变形的影响因素主要有支撑结构强度、土质结构、开挖的速度以及开挖的深度、维护结构的质量等，其中影响最深的是围护结构预应力的作用和围护结构入土的深度。对应基坑开挖变形的控制的分析方法包括：（1）早期以等值梁法、静力平衡法为代表的极限平衡法；（2）竖向弹性地基梁法；（3）依托计算机硬件技术和大型仿真软件技术发展，以有限元法和有限差分法为代表的数值分析方法。当前最常用的就是有限元法或有限差分法，比较流行的计算软件如ABAQUS、FLAC3D等，可以考虑围护结构的内力影响和水平位移的变化规律，进而确定支护结构的入土深度，从而对基坑开挖的变形量进行计算。
3.3综合运用多种方法
在信息化监测时代，通过信息化监测手段对基坑的安全施工具有十分重要的意义。综合运用弹性地基梁法、数值方法、时间序列分析预测法以及人工神经网络预测法等多种方法，能够为解决问题提供更加丰富的思路。通过这些方法，对施工开挖过程基坑变形的影响因素进行监测，进而对变形进行有效控制。在确定好工程开挖的方案之后，即可通过监测设备对深基坑的地质水文等影响因素进行数据采集，并将其输入模型之中，将实际情况与模型方程式进行结合，并将其与数据的实际情况进行修正，建立于实际施工情况相符合的模型与方程式，以此为基础进行基坑变形实时监测和控制。
3.4选择最佳支护方案
基坑支护结构设计中，应当考虑支撑位置对基坑支护结构内力和变形的影响。在基坑开挖之前，基坑外围的止水通过高压旋喷、三轴搅拌以及水泥搅拌桩等技术处理来实现，而且基本可以满足要求。地下连续墙方法大多在施工要求较高的条件下使用，不仅可以较好地保护施工地周围的建筑结构，而且还能够确保施工地周围的建筑结构有效的挡土，并作为地下室的墙体使用。此外，土钉墙技术可以在深基坑开挖的同时进行，具有施工简单、用料少的有点，因此非常适用于不同涂层结构的深基坑支护。而且锚杆技术和钢筋混凝土预制桩等方法在深基坑支护中的使用也十分广泛。
3.5设置隔离墙加固
在基坑外部设置隔离墙加固，在一些深基坑开挖工程中也比较适用，但其自身要求和成本较高，因此需要考虑其使用的合理性。当基坑周围的环境十分复杂且对变形控制的要求较高时，就可以在坑外设置隔离墙用于加固，但必须保证设置的隔离墙合理，否则不仅达不到控制变形的作用，反而会加剧变形的产生。此外，对坑底的被动区土体进行预先加固处理，也能够明显改善基坑的变形，大幅减小围护桩的水平位移。
四、结语
综上所述，深基坑开挖变形及影响因素众多，要想对这些因素进行有效控制，就必须进行严格的设计、开挖与支撑、监测。在开挖过程中，严密关注基坑的受力变化和位移变化，通过监测方案实现对这些因素的实时监测，一旦发现不安全形变即报警，并停工及时进行处理，必要时可以采用回填基坑或者小导管注浆的方式进行加固，以此来保证基坑的施工安全。
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论文作者:谭健华
论文发表刊物:《北方建筑》2016年11月第33期
论文发表时间:2017/1/10
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