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​排桩支护基坑变形机理

358 2021-09-28 14:37:50

基坑变形主要包括支护结构水平位移变形和竖向位移变形、基坑底部的隆起 和基坑周围土体移动三个方面,如图 2-1 所示。在基坑工程变形控制设计中首先 要考虑的就是基坑周围土体移动问题。基坑在施工开挖过程中,支护结构变形过 大容易发生工程安全问题,甚至导致基坑坍塌造成严重后果。了解基坑在开挖过 程中的变形原因、破坏形式及变形机理对于施工安全来说是十分重要的。

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(1)支护结构的水平变形机理 基坑开挖后,支护结构开始受力,基坑内部原有的土压力被卸载,基坑支护 结构外侧受到主动土压力,而基坑内侧受到全部或者部分的被动土压力。当基坑 开挖深度较浅时,支撑结构还没设置,此时支护结构顶部向基坑内发生水平位移, 支护结构顶部位移值最大,呈三角形分布。随着基坑开挖深度的增加,不设置支 撑结构的刚性支护结构,位移会继续呈三角形分布或发生刚体平行位移。设置支 撑结构的柔性支护结构,由于支撑结构的作用,支护结构的顶部位移值基本不变, 而支护结构中部向坑内突出。 

(2)支护结构的竖向变形机理 在实际的基坑工程中,支护结构的竖向变形的监测往往被忽视,但在基坑施 工开挖过程中,由于土体自重应力的释放,会导致支护结构上升。这种支护结构 的上升会产生地表土体沉降以及会影响到基坑的整体稳定性,如果的不到重视, 会造成严重的后果。 

(3)基坑底部土体隆起的机理 造成基坑底部隆起的原因一般有两个:第一,基坑在开挖过程中,基坑底部 的土体竖向卸载,导致土体原始应力状态发生改变。在基坑开挖深度较浅时,基 坑底部土体在卸载后会产生竖直向的弹性隆起,当支护结构底部为清孔良好的原 状土或注浆加固土时,会因为土体的回弹被抬高。一般隆起特征为基坑底部中间 最大,两侧偏小,这种隆起一般不会造成两侧围护墙体的侧向变形。随着开挖深 度越来越大,达到一定深度时,支护结构外侧土体就会向基坑内部移动,基坑底 部产生塑性隆起,同时基坑周边产生较大的塑性区,周围地表会产生沉降;第二, 由于自重和地面荷载的作用,支护结构外侧的土体会从底部向基坑内方向移动。 

(4)基坑周围土体移动的机理 基坑的开挖引起周围土体移动的原因主要有以下两方面:一是由于支护结构 的变形而引起土体向坑内移动;二是由于基坑降水导致周围土体的空隙水压力的 消失,从而引起土体有效应力增加,致使土体被压缩沉降。基坑开挖引起周围土 体沉降及土体位移,是深基坑工程对周围环境的主要危害之一。