建筑深基坑开挖中的变形及预控措施探究

【关键词】深基坑；变形；控制 

　　所谓“深基坑”，是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工而开挖的地面以下的空间，其开挖深度一般≥7m。当前，随着我国高层建筑的如火如荼，建筑向高空及地下发展的趋势越发普遍，因而深基坑开挖深度越来越深。深基坑在开挖过程中，支护结构变形、基坑周围土体变形不可避免，这些变形若超过环境允许的范围，就会引发安全事故，并给周围环境带来危害，因此，研究深基坑的变形并提出相关的变形控制措施，意义重大。 

　　1.基坑变形机理 

　　基坑变形主要表现为三大方面，即支护结构变形、坑底隆起及基坑周围地层位移。由于在开挖基坑时，围护墙内侧原有土压力被卸去，而基坑外侧受主动土压力作用，开挖面下墙体内侧则受全部或部分被动土压力作用，因此往往造成围护墙体产生水平向变形及位移。支护墙的变形及位移又引发了墙体主动土压力区及被动土压力区的土体的位移，墙外侧发生地层损失而引起地表沉降，而且增大了墙外侧塑性区，因而造成墙外土体向坑内的移动增加及相应的坑内隆起，墙体位移又引发了周围地层的移动。当基坑开挖较深且基坑内土质软弱时，基坑周围土体塑性区范围及塑性流动都很大，土体由围护墙外围向坑内及坑底移动，从而引发围护墙后地表的开裂及沉降。 

　　2.基坑变形的主要影响因素分析 

　　影响深基坑变形的因素较多，较大的因素主要有地质水文因素、设计因素及施工因素，具体如下：（1）地质因素。土体的物理力学性质（如弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比、容重、触变性和流变性等）及水环境特性（如水位的高度及升降变化规律，土层的竖向和水平渗透系数，潜水、承压水的水质水压及水流流速、流向等）均会对基坑变形造成影响，因此在基坑设计施工前做好勘察测验，以掌握基坑所在区域的地质、水文、气候等条件尤为重要。（2）设计因素。有数据显示高达46%基坑事故源于设计的不合理，如基坑的平面尺寸及开挖深度、围护墙体的刚度及入土深度、支撑的刚度和道数、支撑的位置、预应力水平和被动区的土体加固等。（3）施工因素。基坑开挖的施工方法对基坑变形的影响很深，如施工中是否严格遵循设计的工况、基坑的施工方案、施工质量好坏等，都会直接影响基坑的稳定性和安全性。 

　　3.基坑变形控制措施 

　　施工变形控制虽有一定难度，但只要掌握了一定的技术措施，科学施工，就能有效预防各方面因素对基坑变形的影响，具体如下： 

　　3.1重视勘察设计 

　　一是勘察精度及岩土设计参数必须准确无误。二是详细掌握基坑周边环境情况，如建筑和其他相关设施以及特殊保护对象、地下管线等。三是依照变形控制要求进行支护结构、设计、内力及变形计算。四是加强对变形影响较大的细部的设计，如对应力集中，其受力状况对稳定和变形均不利的基坑阳角的加固处理；适当加大支护结构及支撑系统刚度；被动区及桩间土体加固等。 

　　3.2对支护结构刚度与嵌固深度进行适度加大 

　　支护墙体变形与嵌固深度直接影响着墙后土体变形，在岩土工程条件及基坑开挖深度等相同的情况下，支护结构刚度越大，支护结构变形越小，同时，墙体所受弯矩增大，但其作用则随着刚度的增大而越来越弱。 

　　3.3做好桩间土体及被动区土体的加固 

　　若基坑变形较大时，即便桩间距不大但在侧向土压力作用下，也可会造成桩间土体被挤出，进而加深变形程度。对此，可在开挖前用注浆加固，或者在桩与桩之间用砖砌或混凝土封堵。实践证明，基坑被动区土体加固是确保基坑稳定性及有效控制基坑变形的重要措施。一般来说，以深层搅拌法最为适宜，加固范围可结合基坑地质情况、平面尺寸及形状等加以确定，加固深度以0.5H～0.7H为宜（H为开挖深度），加固宽度以0.5H为宜，加固形状则可采用矩形状或者阶梯形状。 

　　3.4对基坑阳角进行加固处理 

　　一般而言，深基坑有阳角难以避免，由于阳角应力集中，因此其受力状况很不利于基坑的稳定及变形均，必须对其进行加固处理，一是设置对撑或斜撑，二是设置拉梁板，施工中往往是将以上种方法进行联合运用。 

　　3.5做好内支撑系统的质量控制 

　　混凝土支撑及钢支撑是深基坑内支撑最常采用的平面支撑体系，两大体系各有优点，具体如下：（1）混凝土支撑的结构稳定性良好，施工中应注意如下几点，一是混凝土支撑最好整体浇注，如果有必要进行分段浇筑时应错开连接断面，且断面连接时应凿毛；二是当采用砖砌底模时最好选用油毡隔离；三是确保支撑挠曲度满足设计要求，并对支撑梁高差进行严格控制，一般≤30mm，截面尺寸负偏差<5mm。（2）钢支撑自重较轻，较容易安装及拆除，且施工速度快，可重复利用，更为重要的是该支撑体系能施加预应力，对控制变形极为有效，一般来说可优先采用该支撑体系作为下层支撑。在安装钢支撑前应进行质量检验，禁止使用焊接不良及明显变形及的钢管，在没有设计认可的情况下不可混用不同壁厚钢管。此外，钢支撑对节点构造有较高要求，应力求构造简单，尽量统一节点形式，最好避免通过节点受剪传力。另，拆除钢支撑会产生较大的附加变形，因此不应将换撑传力混凝土块的间距设计过大。 

　　3.6严格控制土方开挖过程 

　　土方开挖是造成围护墙体变形及墙后地面沉降、基坑底部土体回弹变形的直接源头，因此控制好土方开挖是预防基坑变形的关键：（1）依照“分层、分步、对称、平衡及开槽支撑、先撑后挖”的原则进行开挖及支撑，每层开挖深度应<1m。（2）适当减少每步开挖土方的空间尺寸及开挖后无支撑暴露时间（以<24h为宜）。（3）从基坑工程设计出发，结合基坑规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度及地基加固条件等，确定合理的开挖与支撑的施工程序及施工参数。 

　　4.基坑变形异常的技术措施 

　　基坑工程事故在一定程度上难以避免，施工过程中，针对异常变形，可采用如下措施：（1）暂时停止继续进行基坑开挖，对基坑周边超载情况（包括坑边搭建的临时设施、堆放的土方和建筑材料，混凝土运输车、土方施工车等）进行全面检查，看是否存在相邻施工影响，如有，则采取针对性的卸载措施（包括改变进出通道），若条件允许，可结合坑外挖土卸载减小主动区土压力。（2）如基坑底土体隆起，可在被动区采用压力注浆等方式进行加固，也可在坑底被动区用砂袋或土袋压脚。（3）可临时增设支撑，以钢支撑为宜，可施加轴力，也可设置竖向斜撑。斜撑设置以型钢为宜，且须确保有可靠的传力基础，传力基础与支护墙间的水平距离应比墙体插入深度要大，在斜撑长度>15m的情况下设置立柱，斜撑与平面夹角约25°左右。（4）设置拉锚，且确保拉锚长度超过塑性变形区，用工字钢与支护墙体连接锚头，可施加预应力。 

　　总之，深基坑工程是整个建筑工程的基础环节，基坑变形伴随着真个施工过程，因而深基坑工程风险度高、难度大，但我们只要明确清晰地认识基坑变形机理及影响因素，从工程实际出发，严格按照相关标准及规范进行设计及施工，就能有效保证深基坑的稳定性及安全性。 

　　【参考文献】 

　　[1]唐孟雄，陈如桂，陈伟.深基坑工程变形控制[M].北京：中国建筑工业出版社，2006. 

　　[2]薛必芳.深基坑的变形分析及控制措施[J].山西建筑，2008（33）：91-92.