基坑侧壁位移及应力变化规律的探讨

朱晨光+李四全+陈安

摘要：在基坑工程实施的过程中，基坑围护体侧向的深层水平位移和锚固体应力之间往往存在着密切的联系。文章对该基坑施工过程中基坑侧壁出现的位移及应力的变化进行了系统的总结，结果认为：深层水平位移与锚索应力有着十分密切的联系，锚索应力值的变化往往与位移值相互影响，因此工程中可以结合监测时的两项数据对基坑的质量安全进行管理。

Abstract： In the construction process of foundation pit engineering， there is a close relationship between the deep horizontal displacement and the anchor stress of the foundation pit enclosure. In this paper， the displacement and stress change of the side wall in foundation pit are systematically summarized. The results show that the deep horizontal displacement is closely related to the stress of the anchor cable， and the change of stress of the anchor cable and displacement value influence each other. So the quality and safety management of foundation pit should combine with the the two data in monitoring.

关键词：基坑支护；深层水平位移；锚索应力；规律

Key words： foundation pit support；deep horizontal displacement；anchor stress；regularity

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）20-0111-02

0 引言

在各项工程建设不断迅猛发展的今天，基坑工程作为必备的一部分，其开挖数量也在飞速增加。近30年来，随着我国城市建设的迅猛发展，高层、超高层建筑不断涌现，地铁车站、铁路客站、明挖隧道、市政广场、桥梁基础等各类大型工程日益增多，地下开发空间规模越来越大[1]。然而对于基坑的内在机理的研究，尤其是基坑围护结构的位移与应力的研究还不够深入。因为岩土问题的多样性，基坑施工的成败不仅取决于设计与施工，还取决于基坑监测，以便随时了解土体及围护结构的变化规律，及时发现险情，调整设计与施工，防患于未然[2]。文章结合云南昆明某基坑项目，对其位移值及应力值呈现出来的特点进行了有针对性的归纳与总结。

1 工程概况

工程场地位于昆明市西山区滇缅大道北侧原黑林铺村，属拆旧建新。规划净用地面积27276.76m2 （40.92亩），总建筑面积213225.26m2，其中地上面积136478.39m2，地下面积76746.87m2。拟建场地主要建筑物为3栋均高99.95m，独立高层住宅楼1栋高99.95m，及1栋商业楼高23.85～31.50m组成。基础采用桩筏基础，桩采用旋挖钻孔灌注桩。

场地自然地坪标高1892.5m～1897.07m，基坑底大面标高1878.05m，基坑实际开挖深度约15.3～17.90m。场地南侧紧临滇缅大道，东侧为94号路，西侧为科普路，北侧为规划93路；基坑开挖较深，基坑侧壁安全等级定为一级。基坑支护结构使用年限为1年。

2 工程地质与水文地质条件

根据对本场地的钻孔取样，本场地内地基土主要分为：①杂填土，主要为近期回填物及建设用地征地后对坑、沟等回填及临时堆积物，层厚8.30～1.00m。②粉质粘土，稍具光泽，干强度高，韧性中等，层厚5.70～0.30m。③有机质粘土，有机质含量1.3%～10.9%，稍具光泽，干强度低，韧性中等；层厚8.30～0.50m。③-1粉質粘土，稍具光泽，干强度高，韧性中等；，层厚7.40～0.50m。③-2粉土，切面较粗糙，无光泽反应，摇振反应中等，干强度低，韧性低；层厚8.80～0.30m。④砾砂，分选一般，粗细砂及粘性土充填为主，局部夹圆砾薄层；层厚8.50～0.50m。④-1粉质粘土，稍具光泽，干强度高，韧性高。层顶埋深30.80～10.50m；层厚8.00～0.50m。④-2粉土，偶含钙质结核硬块。切面较粗糙，无光泽反应，摇振反应中等，干强度低，韧性低；层厚14.70～0.40m。⑤粉质粘土，稍具光泽，干强度高，韧性高；层厚22.20～1.00m。⑥强风化泥质砂岩，少量粘性土状，节理、垂直裂隙极发育，属软岩；层顶埋深46.00～9.70m。⑥-1中风化泥质砂岩，属较软岩，岩石较破碎～较完整；层顶埋深51.80～10.50m。

勘察期间场地内大部分钻孔均观测到地下水。水位标高1890.06～1893.95m，水位标高高差3.89m。场地内地下水主要赋存于人工填土（杂填土）、粉土、砾砂及深下部破碎基岩中，类型为第四系上层滞水、孔隙潜水及少量基岩裂隙水，稍具承压性。以地下径流和蒸发为其主要排泄方式，迳流滞缓。

3 基坑支护方案设计

本项目基坑开挖深度15.3～17.9m，选取桩—锚索支护体系进行支护。支护参数：钻孔灌注桩直径为1.2～1.0m，桩长2.6～1.8m，间距为1.8～2.0m，桩身强度为C30；桩顶冠梁尺寸为800×1200，腰梁尺寸为400×600，圈梁强度为C30；桩身设置4～6排预应力锚索，孔径300mm。

4 工程监测参数总结

通过对工程监测数据的整理与总结，文章得到如下结论，工程监测布点图1。

①位于同一道腰梁上的锚索，无论其位于基坑边线的中部、次中部、角部任意位置，其深层位移数值随时间变化的曲线图具有相同的发展趋势，受深层水平位移的影响，同一道腰梁上的锚索应力值随时间的变化曲线也具有相同的发展趋势；但是在同一道腰梁上基坑角部的位移值与应力值整体上小于中部。位移值及应力值的变化曲线如图2、3所示。

②如图4所示，在围护结构的各个断面上，深层位移随时间的变化趋势呈现出先增大后减小，而后又继续缓缓增大的规律，而同一基坑位置的锚索应力值也呈现出同样的规律，并且应力值的变化总是比于深层位移值滞后一段时间。位移值同应力值随时间的变化曲线如图4所示。

③当锚索因某种原因出现异常而导致其失效时，锚索的应力值会出现急剧的下滑，与此同时深层位移值会持续快速上升，即位移值与应力值成反比的发展趋势。

5 结论

①同一道腰梁上在围护墙的各个断面位置位置的深层位移值随时间变化的曲线具有相同的变化趋势，支锚应力值也具有同样的规律；但基坑阴角部同一道腰梁上的支锚结构的应力值往往小于围护墙中部的应力值。

②基坑围护结构的水平位移数值随时间的变化具有先增大后减小再逐渐增大，最后趋于稳定的规律，而应力的变化也随位移增减一同增大和减小，但应力的变化呈现一定的滞后性。

③正常情况下基坑阴角部及中部的位移值和应力值随时间的变化应保持一定的同步变化趋势，但当锚索质量出现问题时，应力至会急剧缩小，而位移值会急剧增大，即位移值和应力值的会呈现反比变化的趋势，此时应及时检查并采取必要措施防止问题的加剧。

参考文献：

[1]中国土木工程学会土力学及岩土工程分会.深基坑支护技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]陈利洲.基坑深层土体水平位移及支撑内力测试分析[J].施工技术，2008（11）：94-96.

[3]林丽.关于深基坑支护施工技术在土建施工中应用的探究[J].价值工程，2013（35）.