支护参数对复合支护基坑变形的影响分析

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【摘要】建筑工程行业是我国重要经济增长行业，深复合支护技术作为一种有效支护浅基坑（H≤7 m）的围护结构得到了广泛运用。加强对支护参数对复合支护基坑变形的影响分析，对确保建筑工程质量有着重要意义。本文将从基坑变形的研究现状、支路参数对基坑的影响进行分析。

【关键词】建筑工程，支护参数，复合支护

中图分类号： TU198 文献标识码： A

一、前言

我国城市的发展迅速，人民生活水平的日益提高，又由于城市资源的相对短缺，对地下空间的开发利用日益增多，浅基坑 (H≤7 m) 即为其中之一，土钉支护由于造价较低、施工简便、便于在施工过程中调整设计等优点，在基坑的支护中得到了广泛地应用。但土钉支护有其局限性，在不良土层中或对变形有很严格限制的情况下，仅仅依靠土钉支护难以满足工程要求，需要结合其它的一些支护

技术，如灌注桩、水泥搅拌桩、锚杆等工艺构成复合支护。复合支护技术已经在软土浅基坑(H≤7 m)的工程中显示出了巨大的潜力。因此，加强对支护参数对复合支护基坑变形的影响分析具有重要的意义。

二、基坑变形的研究现状

基坑开挖问题是基础工程和地下工程施工中的一个重要课题，又是一个综合性的岩土工程问题。它不但涉及土力学中经典的强度和稳定问题，而且还包含变形问题，同时还涉及到围护结构与岩土体的相互作用问题。

1、 基坑变形研究现状

基坑变形主要包含支护结构变形、坑底隆起及基坑周边岩土体的位移等几个

方面。在实施基坑开挖时，基坑开挖范围内由于坑内土体被挖除而卸荷，因而引

起坑底未开挖土体产生以向上为主的回弹位移；对于支护结构，由于坑内土体被

挖除，围护结构两侧出现明显的压力差，坑外土体压迫支护结构向坑内凌空部分

变形移动，土体也发生向坑内方向的变形。

对于基坑变形的研究，目前主要通过对实际工程进行现场监测，总结整理监

测数据，并结合理论分析、模型实验，利用数值模拟工具来进行。由于基坑变形

的影响因素众多，各工程的实际情况千差万别，一般不能以精确的公式方式给出

结论，但通过对工程进行分类总结，可以获得当前条件下具有较高实用价值的经

验公式、各种情况下的基坑变形规律及影响基坑变形的因素，并为基坑工程的设

计和施工提供理论和工程依据。

2、基坑开挖对邻近建（构）筑物影响研究现状

基坑工程特别是深大基坑工程的实施往往会对周围的环境产生较明显的影响。基坑开挖引起基坑周围一定范围内岩土体原有平衡被打破，岩土体在土压作用下变形，轻微的变形不会对周围环境产生明显影响，是允许发生的。但是，过大的岩土体变形会对邻近基坑的建（构）筑物、道路、地下管线、地铁隧道等带来不利影响，严重者危及其正常使用和安全。基坑开挖引起的变形和邻近建（构）筑物之间并不是单向的影响和被影响关系，二者是相互影响、相互作用的。基坑开挖变形对周围的建（构）筑物、道路、地下管网等设备设施产生危害，而邻近的建（构）筑物的自重作用也会改变其周围岩土体的应力状态进而影响基坑开挖引起的变形。对于二者及其相互影响研究，目前主要采用下述两种方法：一是通过现场监测获得监测数据，反演影响因素；二是借助先进的计算机技术，利用有限元方法或者数值插分方法，建立数值计算模型模拟基坑和邻近建（构）筑物，

分析其相互影响。

三、支护参数对基坑支护的影响

在相同的土体参数的条件下，分别从放坡开挖（无土钉支护）、土钉支护及复合支护三种情况进行讨论。

1、 放坡开挖

放坡开挖，又称坡率法，是利用土体自身的强度保持边坡不发生坍滑、移动、松散或不均匀下沉，达到边坡稳定的方法。对于选用的基坑土体参数，在放坡开挖时，边坡土体几乎完全处于自由变形状态，随着开挖的进行，变形发展极快。当开挖到一定的高度后，基坑边坡内部形成了上下贯通的塑性区，同时地表出现拉裂缝。

2、土钉的采用对基坑位移的影响

图 2 给出了土钉长度与水平位移的关系曲线。

可以看出，土钉从 6 m 增长到 12 m 时基坑的水平位移得到明显的控制，但从 12 m 到 14 m 时水平位移的差异就不很明显了。因而，当土钉的长度超过

2H 时增加土钉长度对控制水平位移的作用不大。从图中亦可见，对于土钉支护的基坑最大水平位移发生在坡顶。

图 2 土钉长度与支护墙体水平位移关系曲线

图 3 给出了土钉长度与地表沉降的关系曲线。

可以看出，增长土钉长度在一定范围内可控制地表的沉降，沉降明显的区域随着土钉的长度而外移，且在(0.5～2)H 的范围内。

图3 土钉支护地表沉降曲线

图 4 给出了土钉长度为 8 m 时基坑的隆起曲

线。图中显示，基坑中部的隆起值大于基坑角点的隆起值，在支护墙体的附近区域，基坑隆起的增长率较大，对于中心区域，基坑的隆起值趋于稳定。

图 4 8 m 土钉支护引起的基坑隆起曲线

3、土钉和桩共同作用对基坑位移的影响

在图 5 的分析中，土钉的长度为 8 m，桩的刚度 EI = 2×10^7N・m2 /m。可以看出，随着桩的插入深度的增加，被动区土体的作用加大，坑侧土体的位移得到有效的减少，同时随着桩长度的增加，坑侧土体的稳定性得到了加强。可知对于采用的土体参数，用 12 m 长的桩有利于控制坑侧土体的位移及满足稳定性要求，因而在图 6～8 的计算中桩的长度均为 12 m。

图 5 复合支护桩的长度与水平位移关系曲线

图 6 为分析中桩的刚度 EI = 2×10^7N・m2/ m，

土钉长度从 6 m 到 14 m 时的水平位移曲线。可以看出，随着土钉长度的增加最大的水平位移减少，可见增加土钉的长度，可有效地控制坑侧土体的水平位移。当土钉从 12 m 增长到 14 m 时，土钉的加长作用对于控制基坑的水平位移的作用就不很明显了。因而，在支护设计中可适当提高土钉的长度以减少坑侧土体的水平位移，在满足稳定性的要求的

前提下可将土钉的长度控制在 2H 的范围内。

图 7 为桩长 12 m，土钉长 8 m 时桩的刚度与水平位移的关系曲线。由图可知，随着刚度的增加，坑侧土体的水平位移的增长率加大，同时最大水平位移得到了控制，且位移随着深度的变化减缓。

图 6 复合支护土钉长度与水平位移关系曲线

图 7 复合支护桩的刚度 EI 与水平位移关系曲线

在图8中采用90°(直立)，78.7°(5:1)，71.6°(3:1)三种坡度，桩的长度为 12 m，土钉长度为 8 m，桩的刚度 EI = 2×10^7N・m2/ m。采用一定的坡度可控制水平位移，提高基坑围护的效果，因而允许的条件下可进行适当的放坡。

图 8 坡度变化时复合支护的水平位移曲线

对于采用复合支护的基坑，基坑的隆起曲线类似于图 4，但在一定程度上有所减少，最大隆起值减少了 5 cm。同时，坑侧地表也形成了沉降槽，沉降明显的区域也随着外移，且沉降量得到了大幅度的控制。当土钉长 8 m，桩长 12 m 时，地面的最大沉降值为 2.5 cm，发生在距坑壁约为 11 m 处。可见297岩 土 力 学 2005 年基坑复合支护具有很大的支护优势，可弥补仅仅采用土钉或桩支护的不足，尤其在地表沉降和坑壁土体水平位移的控制方面，因而在工程上对于基坑深度 H≤7 m，并且，土体参数低或对坑侧土体有严格控制的基坑，可充分利用复合支护的优势，以满足经济性和安全性的要求。

三、结束语

建筑密集、环境复杂的城区进行深大基坑的开挖，势必会对周围的建（构）物、地下管线及市政设施产生影响。因此为了减小基坑开挖对周边环境的影响，必须加强对基坑进行支护，控制基坑的变形的重视。特别是周围建（构）筑物的要求高、场地地质条件复杂的情况下，控制基坑变形更为重要。

参考文献

[1] 郑刚，焦莹．深基坑工程设计理论及工程应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]宋二祥, 邱. 基坑复合支护的有限元分析[J]. 岩土力学, 2001, 22(3): 241－244, 253