基坑变形及其影响因素

基坑设计中正常使用极限状态设计主要的计算参数就是变形，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全与稳定，而且要有效控制基坑周围土体移动以保护周围环境。但是相对于建筑物结构及基础的沉降，基坑变形的形式、变形形成原因及影响因素更加复杂，且计算与评价模型不成熟，可靠性低。

伴随基坑开挖卸荷，主要变形有基坑墙体水平与垂直变形、坑外土体的水平与垂直变形、坑内土体的隆起变形等。

基坑围护结构的变形可划分为悬臂式位移、抛物线形位移、组合位移三类（图5-14）。当基坑开挖较浅，或者采用悬臂支护时，一般支挡结构顶部位移最大，墙后土体沉降变形为三角形沉降；当支挡结构顶部预设有刚度足够的支撑或锚杆、下部嵌固深度足够时，支撑点水平支挡结构的位移近似为0，相应的墙后土体的水平位移为0，这样支挡结构的位移形式为抛物线，坑后土体沉降变形也接近于抛物线；不满足上述条件时，墙体及其后土体变形为组合位移形式。

图5-14　基坑变形形式

（a）悬臂式位移；（b）抛物线形位移；（c）组合位移(www.xing528.com)

基坑开挖产生的竖直卸荷将使基坑底部形成隆起现象，这种变形量主要由土体的回弹再压缩模量、基坑深度与宽度决定。当变形量过大时，可能出现塑形隆起变形。

基坑变形影响因素较多，影响机理复杂。首先，工程地质与水文地质条件是基坑变形的首要因素。晚更新世及以前形成的土体基坑变形一般较小，而全新世晚期形成的土体性质差，变形量大；有无地下水、地下水埋深、承压水水头及隔水顶板厚度等是影响基坑变形的关键因素。其次，保护周边环境条件是基坑支护的目的之一，而周边环境条件对基坑变形影响非常明显，主要为：周边建（构）筑物距离、荷载及基础形式，基坑周边静、动荷载条件，基坑周边上、下水道的完整性等。基坑规模，特别是开挖深度是基坑分类、基坑支护方案选取中需要考虑的一个重要因素，基坑变形与开挖深度呈正相关。同样，一个基坑采取不同的支护方案对基坑变形有直接影响，如悬臂结构较设置有内支撑的变形要大，墙体刚度、排桩的间距、支护桩入土深度、预应力的设置等均对基坑变形有显著影响。在工程实践中，与施工相关的变形是最难以估量的因素：基坑开挖工序与方法、施工降水、施工周期、工程事故及具体施工人员的素质与水平等。总的来说，地质条件是控制基坑变形的内因，周边环境条件既是设计的前提又是影响变形的环境因素，基坑支护设计实际上是在基坑安全性、变形、造价及工程技术条件间选取一个平衡，而具体施工工艺及措施是否安全可靠才是控制变形的关键。

目前计算基坑支护结构变形的手段一般采用以下两种：经验公式和数值计算。经验公式是在理论假设的基础上，通过对原型观测数据或数值模型计算结果的拟合分析得到半经验性结论，或者由大量原型观测数据提出经验公式。数值方法主要采用杆系有限元法或连续介质有限元法。前者可以较为容易地得到围护结构的位移，后者通过应用不同的本构模型，可以比较好地模拟开挖卸载、支撑预应力等实际施工工艺效果。