深基坑底部隆起变形规律研究综述

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摘要：本文通过对国内外近些年深基坑工程实践有关资料的研究，阐述了基坑隆起变形的机理，介绍了目前常见的几种基底回弹量计算公式，总结了基底隆起变形的各种影响因素，分析了基底隆起范围宽度的影响因素和基坑宽度变化时的基底隆起范围叠加。

关键词： 深基坑 隆起 变形 回弹

中图分类号：TU463文章标识码：A文章编号：

1 引言

随着我国国民经济的高速发展，城市空间日趋紧张，三维城市空间已经作为一种重要的自然资源加以开发利用。可以说，地下空间的开发利用是21世纪城市建设的方向[1]。8O年代以来，高层建筑的数量和高度都在不断增加。随着建筑高度的增加，根据构造及使用要求，基础埋深也随之不断增加，从而产生了大量的深基坑工程，特别是超高层建筑的迅猛发展，使深基坑工程朝着大深度和大规模的方向发展。

深基坑工程的开挖往往都位于建筑群较为密集的地区，存在着很多不确定的因素，基坑工程事故如若一旦发生，将会给国家和人民的生命财产带来巨大的损失。深基坑本身变形过大造成支护体系失稳是基坑事故发生的一个重要方面。因此，研究深基坑的变形规律对减轻或消除基坑支护体系自身的失稳破坏至关重要。本文通过对国内外近些年深基坑工程实践有关资料的研究，归纳总结了深基坑开挖过程中自身的变形规律，特别是基坑开挖对基坑底部隆起变形的影响，以其对类似的工程实践起到指导、借鉴的作用。

2基坑底部隆起变形分析

2.1基坑底部隆起的变形机理

基坑开挖是一个综合性的岩土工程难题，既涉及到土力学中的典型强度与稳定问题，又包含了变形问题。基底的隆起变形是基坑变形的一个重要方面，基坑的开挖过程是基坑开挖面上土体卸载的过程，由于卸载而引起基底土体产生向上为主的位移。可以认为，基底土体隆起是基坑开挖引起周围地层移动的主要原因之一。

基底土体隆起变形是在垂直方向上卸载而改变基底土体原始应力状态的反应，在基坑的开挖深度不大时，基底土体在卸载后发生垂直的弹性隆起。当支护结构底部为清孔良好的原状土或注浆加固土体时，支护结构随土体回弹而抬高。基底弹性隆起的特征是基底中部隆起最高，而且基底隆起在开挖停止后很快停止，这种基底隆起基本不会引起支护结构外侧土体向基坑内移动。随着基坑开挖深度的增加，基坑内外的土面高差也在不断增大，当开挖到一定的深度，基坑内外土面高差所形成的加载和地面各种超载的作用，就会使支护结构外侧的土体产生向基坑内的移动，使基坑底部产生向上的塑性隆起变形，同时在基坑周围产生很大的塑性区，并引起地表沉降变形。

2.2基底隆起变形的影响因素

根据基底隆起变形机理可知，基底产生向上隆起变形的原因可以归纳为：土体开挖卸载产生的回弹变形；基底以下部分支护结构由于内外土压力及地面超载的作用向基坑方向变形位挤推坑内土体造成的隆起。另外，还有其他因素比如：地下水的浮力及渗流作用导致的土体上抬；基坑底部由于软弱层的存在，产生塑性流，形成不可逆的土体变形引起的位移； 开挖过程中周边既有建筑物累积应力二次释放引发的变形。此外，基坑隆起量的大小还与地质条件、卸荷大小、基坑尺寸、暴露时间、挖土顺序及机械设备等诸多因素有关，

在各种影响因素中，土体开挖卸载引起的回弹变形，其数值比较小，不会危及安全；在基坑开挖引起的支护结构内外压力差作用下土体中产生的塑性流动变形在基底处的表现，这种变形如果数量比较大，表示土体中塑性流动已经比较严重。如果支护结构和内支撑能够形成整体性较好的体系，则塑性流动仅会引起坑外地面下沉，影响环境安全；如果基坑支护结构是自立式结构或节点强度差的支撑体系，过大的隆起可能是整体失稳的前兆；如果稳定性不能得到有效地控制，就会发生整体性失稳，此时基底隆起量可能会达到几米。

2.3基坑隆起变形的量化计算

我国20世纪70年代以前的基坑工程都比较浅，80年代后期，广东、北京、上海、天津、南京以及其它各个大城市修建的基坑深度不断增加，在设计施工中也进行了大量经验的积累，各种基坑回弹变形计算理论的研究也相继得到了重视，从而出现了大量的回弹隆起量计算公式，主要包括：国家规范法、日本规范法、同济经验法、残余应力法、简易估算法、理论解析法等。

目前，GB 50007-2002《建筑地基基础设计规范》认为，基坑的回弹隆起变形计算比较复杂，且不够成熟，只是作为一般性的要求提出。工程实践中基坑回弹量计算应用较多的公式是由刘国彬等[2]提出的残余应力法，并且有过许多学者对其进行了验证和改进。

3基底隆起范围叠加的研究

基底隆起范围宽度的大小主要受到土性参数内摩擦角、墙体入土深度和宽度的影响，其中内摩擦角影响最大，其次是墙体入土深度，墙体宽度影响最小，当内摩擦角较小时甚至可以忽略墙体宽度的影响。

对于指定的深基坑而言，基坑的宽度越小，则基坑两侧的基底隆起影响范围的叠加越大；基坑宽度越大，则基坑两侧的基底隆起影响范围的叠加越小；当基坑宽度大于一定值时，基坑两侧的基底隆起影响范围则不会叠加。这个基底隆起叠加效应消失的基坑宽度，称为基坑的临界宽度。

图1 不同基坑开挖宽度简图

对于宽、窄基坑，其开挖时基坑底部的变形形式和机理是不同的，基坑的开挖也存在两个临界宽度[3]。如图1所示，第一个临界宽度如图1（b）所示，第二个临界宽度如图1（d）所示，第二临界宽度约是第一临界宽度的2倍[4]。

当基坑的开挖宽度小于第一临界宽度时，因为基坑相对侧土体的存在，相当于对基坑一侧的滑体产生了超载，从而限制了坑底的回弹隆起，同时两侧支护结构中间间相当于存在一个土拱效应，限制了基坑边缘的隆起变形；当基坑宽度介于第一和第二临界宽度之间时，基坑相对侧的土体对基坑一侧滑体的超载限制作用消失，同时基坑两侧的滑体在基坑坑底部中央有重合部分，基坑坑底中央的隆起变形比基坑边缘隆起要大；当基坑宽度超过第二临界宽度时，基坑两侧的滑体之间不会重合，相当于基坑两侧的土体之间不会有相互影响，此时，基坑底部隆起变形将会出现中央比边缘部分隆起值较小的情况。

4 小结

深基坑自身的变形破坏是基坑事故发生的一个重要方面。基底隆起变形与基坑支护结构和基坑周围环境的变形往往有着相互联系，控制基底隆起变形对基坑的稳定性有很重要的作用。在基底隆起变形的各个影响因素中，基底回弹隆起数值较小，而对隆起的影响起更大作用的是支护结构内外土压力差引起的土体塑形流动在基底处的表现。

基坑回弹隆起量的计算公式很多，目前国内常用的是残余应力法及其改进公式，但都计算较为复杂且不成熟，尚需更进一步的发展。

基底最大隆起量与基坑两侧隆起影响范围的叠加有一定的关系。不同宽度的基坑，其基底隆起影响范围的叠加不同，形成的最大隆起量的数值和位置也不同。

参考文献

[1] 桂国庆,涂锵. 深基坑工程的研究现状与发展趋势. 工程力学(增刊),2000

[2] 刘国彬,侯学渊.软土基坑隆起变形的残余应力分析法[J].地下工程与隧道,1996,1(2):2-7

[3] 夏明耀.地下连续墙的变形机理与环境问题对策[J].同济大学学报,1991,19(1):59-66

[4] 孙晓科.基坑开挖宽度对坑底变形的影响分析[J].山西建筑,2010,36(30):121-122

作者简介：

杜涛（1983-），男（汉族），北京北国建筑工程有限责任公司。