欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

基坑开控过程中的变形影响因素

345 2021-08-30 09:36:53

由基坑变形的机理可知,基坑的变形由诸多影响因素控制,主要可以归纳为五个方面,具体如下∶

1.土层特点及地下水条件

基坑的变形直接与所处位置土层条件紧密相关,各土层的分布、强度及刚度等因素都对基坑变形产生重要影响,尤其是对于存在软弱土层的地层中,其分布及厚度对变形的影响需给予足够的重视。同时,地下水位高低,潜水、承压水分布以及渗流情况也将对基坑变形产生影响,尤其是当承压水头较高时,承压水将对坑底隆起产生一定的影响。

当建 (构)筑物的建造选址确定,其水文及地质条件也相应地确定,除了对基坑进行加固或对地下水进行降排水等措施外,该因素对基坑变形的影响较难改变。故在条件允许的情况下,尽可能避开对基坑施工或建(构)筑物承载不利的地层,选择合理的建造地址,对基坑的施工及变形控制有着重要的意义。

2.基坑的几何形状及尺寸

基坑的几何形状不同将对基坑变形产生—定的影响,主要体现为基坑的空间效应,如长条形基坑、不规则基坑的阳角等均表现出一定的变形特点。同时,基坑开挖深度及尺寸也对变形有着重要的影响。

在实际工程中,基坑的几何形状及尺寸将由建(构)筑物的整体规划而确定,基坑的开挖深度也将根据建 (构) 筑物的功能要求确定,因此该影响因素对基坑变形的影响在基坑设计与施工工作开展即已判定。 3.围护墙与支撑的性能围护墙与支撑系统的刚度体现为支护体系抵抗基坑变形的能力,不仅包括围护墙类型、厚度、插入深度,而且还包括支撑的种类、水平与竖向间距、预加载大小,反压土的预留等。此外,挡墙与土体的相互作用程度也将对围护墙及坑外土体的位移产生较大影响。

(1)围护墙刚度及插人深度

在围护结构的类型选择上,应综合考虑水文地质条件、工程规模及周边环境等方面的要求选择合理的围护结构形式。针对不同类型的围护结构,其强度和刚度不同,适用范围也不同。如图 3-29 所示,对于板桩和地连墙围护结构,地连墙的支护系统刚度 EI/y,has明显高于板桩,由基坑开挖导致的墙体最大水平位移较板桩也有显著的降低,其中 EI 表示围护墙的刚度,h。r表示支撑的平均竖向间距,y表示水的重度。因此,围护墙体类型应根据具体工程地质条件及环境保护要求进行选择,使其强度能满足变形要求,从而有效地控制基坑的变形。

image.png

在满足墙体刚度的情况下,选择合适的插入深度,对干基坑的抗降起稳定性有着重要的意义。如图 3-30 所示,当基坑的抗隆起稳定性得到保证,基坑的变形也将得到显著的控制。在一般情况下,适当增大插入深度将有效地减小墙体的位移,但当插入深度超过一定值时,继续增加插入深度对变形的影响效果将很小。

根据上海地区的经验,对干地铁车站或者宽 20m左右的条形深基坊工程,围护墙的插入深度—般取 0.6~0.8 倍的基坑开挖深度,当周边环境对变形要求较为严格时,可适当增大插入深度,而对于软土地区的深基坑,如条件允许,可将墙趾插至深部的硬十层,这将对控制基坑的变形有显著效果。此外,对于悬臂式的挡土墙,插入深度一般取1.0~ 1.2 倍的开挖深度。

(2)支撑的横向与竖向间距

支撑的横向及竖向间距布置对支护系统的整体刚度有较大的影响。当基坑的横向间距较大时,每道支撑所承担的由墙体传递来的荷载也相应较大,此时支撑将产生较大的压缩变形,并由此引发基坑发生较大变形甚至失稳。对于竖向支撑间距,如图 3-29 所示,当竖向平均间距h,增大时,支护系统的刚度 EI/hyw将急剧减小,导致的墙体最大位移也将显著增大。因此,支撑的横向与竖向间距对于基坑的变形有着重要意义。

image.png

除了满足支撑间距的布置要求外,第一道支撑的位置对基坑的变形也有重要意义。工程实践的结果表明,在第一道支撑未架设时,围护墙处于悬臂状态,当悬臂深度过大时,围护墙的变形将较大,并将导致坑外土体发生较大的水平位移,甚至发生地表开裂,且当墙而的位移发生后,在后续的开挖工序中基本保持不变,如图 3-17 所示。因此,合理控制第一道支撑的架设位置,控制未支撑的开挖深度,进而减小悬臂状态下的围护墙变形,对于控制基坑的变形有着重要的作用。

此外,最下一道支撑距离开挖面的高度对于基坑变形有着较大的影响。如图 3-30 所示。除了在初始开挖阶段,围护墙产生悬臂式的变形外,随着基坑开挖深度的增大,围护墙体变形呈现向基坑内部的内凸变形,且最大值基本发生在开挖面附近。由此可见,在基坑开挖过程中,当最下一道支撑距离开挖面的高度过大时,将使围护墙的变形显著增大,从而导致基坑发生较大的变形。因此,为了有效控制基坑的变形,需要合理控制最下一道支撑距离开挖面的高度,尤其是在软土地区,除了控制墙体的悬臂高度外,还应尽量减小墙体的悬臂暴露时间,保证支撑及时有效地架设,并发挥承载作用,减小基坑的变形。

4.荷载条件

施工超载、交通荷载、周围建构筑物及管线荷载等将改变基坑的应力状态,尤其是动荷载的影响将会改变基坑的变形。

基坑未开挖时,坑外的超载在围护墙的内外两侧处于平衡状态,当坑内土体开挖时,由超载存在而使卸载产生的基坑不平衡程度增强,使得基坑在增强的不平衡力作用下发生更大的变形。尤其是对于施工动荷载和交通荷载,其对土体产生的动荷载效应,将增大基坑的变形。

5. 施工工艺

开挖工法及分段分步开挖的合理与否将改变基坑的空间变形状况。无支护暴露时间、未架设支撑时的悬臂开挖深度、支撑安装的及时程度,开挖初始阶段的悬臂深度、挡墙接缝情况等也将影响到基坑的变形,尤其是对于存在软弱下卧层的软土 地区。

其中,支撑架设的及时程度及预应力的大小对于控制基坑变形有着重要的意义。当支撑及时进行架设,且施加合适的预应力,将使围护墙变形得到及时的抑制,尤其是对于软土地区的基坑,土体的蠕变对基坑的变形存在一定的影响,当采用逆作法施工时,在现浇混凝土楼板尚未形成强度时,围护墙亦将随着时间的增长而发生一定的变形。因此,基坑的支撑应及时进行架设,对于现浇支撑应及时制模浇筑,从而及时产生强度和抵抗变形能力,有效控制基坑的变形。

通过上述的分析可知,影响基坑开挖变形的因素很复杂。因此,针对坑外十体变形的研究具有明显的复杂性,同时也存在较高的难度,对基坑进行变形研究不仅需要通过理论研究,更需要结合地区经验进行综合考虑,才能得到较为理想的结果。