基坑工程稳定与变形分析的若干问题研究

刘红健　赵忠宽

摘要：改革开放以后，我国城市建设越来越快，城市的基础建设、房屋建筑呈现出井喷似的高峰发展，许多大型的高层建筑、大规模的地下工程等等深基坑工程不断的创新记录。超过万平米开挖面积的基坑数量越来越多。而然各类基坑工程无论从安全、经济，还是从对周边环境的要求来说，都有不同的具体要求，虽然，我国面对这种情况，已经颁布了国家标准，各地区也先后实施了各自的技术规范，但基坑工程设计，由于其复杂性和难度高等因素，还是有很多问题，是相关部分需要研究的课题。

关键词：基坑工程；稳定与变形分析；基坑宽度

中图分类号：TU753

一、国内外基坑工程稳定与变形分析的研究现状

处在一个城市中心地带的基坑工程，一般周围的施工环境会非常复杂，那么在这类基坑工程设计中，为了防止基坑变形，基坑支护结构就要有强大的强度和稳定性。

从上世纪四十年代到七十年代末，国外很多相关专家就对软黏土深基坑的稳定和变形分析进行过研究，在研究过程中，他们不断摸索，发现基坑基坑开挖空间的大小、顺序和时间，都和软黏土中深基坑的稳定性和变形都与尺寸有关系。国内一些专家在参考了国外研究成果后，也通过理论和实际，再一次证明了基坑空间效应和基坑工程对周边环境的影响。

国内有专家提出，深基坑设计，其实并不是之前所想的二维平面问题，其实是一个三维立体的空间问题，比较复杂。以前是在二维平面假设的基础上，利用朗肯压力理论对围护体系进行设计，这种设计过于保守，过于安全。但其实在设计施工中，应该有大胆的创新精神，应该充分利用空间效应的影响，在较短的边长开挖，同时考虑到基坑端部存在的固端作用，适当减弱基坑端部的支护体系强度，使围护设计更加经济。

二、对目前基坑工程坑底抗隆起稳定性分析

基坑工程在开挖过程中，土体的强度、设计支护机构的强度、雨水、施工震动，坑外严重超载等等内在外在的各种因素都会影响到基坑工程的稳定性。尤其是坑底隆起是发生最多，也是最常见的使基坑工程不稳定的破坏方式。因此，在基坑工程设计中，保证基坑有足够的抗隆起稳定性是非常重要的，也是保证基坑工程稳定安全，减少基坑围护变形的有效手段。

（一）基坑宽度

基坑宽度是对抗隆起稳定性进行分析的首要因素。在分析过程中，笔者通过基本算例，在保持其他参数不做变化的基础上，改变了基坑宽度。当嵌固深度小于基坑宽度后，基坑宽度对整个基坑抗隆起安全系数是没有任何影响的，所以，在算例中，只需要在基本算例的基础上，考虑嵌固宽度大于基坑宽度的条件。另外，汪夏法以及部分城市对基坑工程的技术规范中，是没有受基坑宽度的影响的，所以，计算出来的结果是固定值。

但淤泥土质和粉尘土地的地基基坑中，基坑宽度对抗隆起稳定性是有影响的。比如基坑宽度减小，基坑抗隆起安全系数就会增大，其安全系数的增长率会逐渐降低，从而减少基坑宽度对提高基坑抗隆起稳定性的影响。

（二）嵌固深度

在分析抗隆起稳定性中，嵌固深度也是一个重要因素。在基本算例中，变动嵌固深度，对基坑抗隆起稳定性的影响是这样的，不论是淤泥质土，还是粉土基坑的情况，嵌固深度都影响着基坑抗隆起安全系数，具体表现是，嵌固深度增加，抗隆起安全系数也随之增大；而党嵌固深度和基坑宽度相同时，抗隆起安全系数增长的速度较慢，当嵌固深度比基坑宽度大时，抗隆起安全系數与嵌固深度的联系更为 紧密，一般是随着嵌固深度的增加，增大的速度也会不断更大。因此，在实际的基坑工程中，可以利用这个特点，增大挡墙的插入深度，使基坑更加稳定。

（三）土体参数

在基坑工程中，土体的重度、粘聚力、摩擦角、泊松比、弹性衡量、固结历史等等土体的参考数据非常多。通过计算发现，假定的滑动面上的剪力提供了土体抗隆起弯矩，而土体剪力和水平土的压力系数和土体的强度数据有关系，所以，土体的强度深深影响着基坑抗隆起的稳定性。在围绕土体参数中粘聚力进行研究时，我们可以看出：土体粘聚力越增大，淤泥土质和粉尘土质两种条件下，基坑抗隆起安全系数均发生了和线性相近的增长，虽然增长幅度不大。在粉土基坑中，抗隆起安全系数从三点七六增长到三点九，增长了百分之三点七，而在淤泥土质基坑中，抗隆起安全系数从一点六八增长一点九三，增长了百倍之十四点九。这就说明，在淤泥土质中，土体粘聚力的变化对抗隆起安全系数有一定的影响。而在土体内摩擦角的基础上变化正负五度的情况下，随着内角增大，淤泥土质和粉土土质的基坑抗隆起安全系数都变大了，淤泥基坑的抗隆起安全系数从零点九三增至二点六四，增长了百分之一百八十三点九；在粉土基坑中，安全系数从二点九七增长四点七五，增长了百分之五十九点九。从这些变化来看，基坑抗隆起稳定性受内摩擦角的影响比受土体粘聚力的影响更大一些。

三、结语

目前，我国通过对基坑抗隆起稳定性方面的分析和研究，已经出台了很多的规范和要求，但由于计算方法和种类比较的繁杂多样，对基坑抗隆起的安全系数的选择没有进行统一，这些都给基坑工程设计带来困难。因此，在基坑工程稳定与变形的若干问题上还要再进行进一步的分析，以便更好的为基坑工程设计提供参考数据。

参考文献：

[1]夏霄.基坑工程稳定与变形分析的若干问题研究[D].导师：俞建霖.浙江大学，2015.

[2]张玉成，杨光华，钟志辉，姜燕，乔有梁，方大勇，胡海英，刘鹏.软土基坑设计若干关键问题探讨及基坑设计实例应用分析[J].岩石力学与工程学报，2012，（11）：23342343.

[3]赵延林.深基坑稳定与变形的可靠性分析[D].导师：安伟光.哈尔滨工程大学，2012.

[4]刘颖. 对城市河道景观设计的认识与体会[J]. 湖南水利水电，2013，（02）：7980.

[5]房建华，王强，王少东，王敏勇. 济南市生态水利建设实践及保障措施[J].中国水利，2012，（21）：5962.