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基坑的变形分析 清华大学 岩土工程研究所 李广信 目录 基坑变形的种类与形态； 基坑变形的影响因素; 支挡结构的变形计算; 坑外土体位移的预测； 坑底隆起的估算； 数值计算方法. 1.基坑变形的种类与形态 围护结构变形：水平与竖向； 坑底隆起； 基坑周围土体的位移：沉降与水平位移： 1.1坑外地面沉降与水平位移 1.2坑底隆起 1.3支护结构位移 1.4基坑围护墙的变形形式 1.5坑外地面沉降曲线 Clough O’Rourke（1990）墙后地表沉降的分布模式 欧章煜等的坑外土体沉降模式 1.6地面影响范围 Peck：对于砂土及硬黏土，其沉降槽影响范围为2倍开挖深度，对于软黏土，影响范围则为2-4倍的开挖深度。 Clough O’Rourke：对于砂土、软到中等硬度黏土，沉降区域范围为2倍的开挖深度；对于硬黏土，沉降区域范围为3倍的开挖深度。 Hsieh et al.和Ou et al.: 将三角形和凹槽型的沉降影响范围分为主影响区域和次影响区域，其中主影响区域的范围为2倍的开挖深度，而次影响区域为主影响区域之外的2倍开挖深度。 沉降影响范围-日本 1.7基坑平面内的水平位移 坑外土体位移曲线 基坑阳角的空间效应 1.8开挖过程中的墙后土体的水平位移 第一道支撑的位置对基坑的变形有重要意义； 在第一道支撑未架设时，围护墙处于悬臂状态，当悬臂长度过大时，围护墙的变形将较大； 当墙顶的位移发生后，在后续的开挖工序中基本保持不变， 合理控制第一道支撑的架设位置，控制未支撑的开挖深度，对于控制基坑的变形有着重要的作用。 2.基坑变形的影响因素 2.1基坑开挖前的变形影响因素; 2.2基坑开挖过程中的变形影响因素; 2.3基坑开挖完成后的变形影响因素. 2.1基坑开挖前的变形影响因素(1) 围护墙施工影响 挤土式：钢板桩、预制桩等桩墙； 非挤土式：钻孔或者掏槽的桩墙； 连续墙施工引发地表沉降包络图 开挖前降水影响 某地下连续墙围护地铁车站基坑 开挖前10天，在基坑内进行降水，结果地下连续墙侧移，侧移情况 由图可知，随着降水的开展，地下连续墙发生了悬臂式的位移，墙顶最大位移达到了9.7mm， 可见基坑开挖前的降水对地连墙的位移产生了明显的影响。 2.2基坑开挖过程中的变形影响因素 (1)土层特点及地下水条件; (2)基坑的几何形状及尺寸; (3)围护墙与支撑的性能; (4)围护墙刚度及插入深度; (5)支撑的横向与竖向间距. (1)土层特点及地下水条件 软弱土层的影响。地下水位以及渗流也将对基坑变形产生影响，尤其是当承压水头较大时，将对坑底隆起产生重要的影响; 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及地下水条件。 (2)基坑的几何形状及尺寸 基坑的几何形状的影响，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特殊的变形特点； 基坑开挖深度的大小直接影响原状土体的应力变化； 大面积基坑的开挖对基坑的变形有更大的影响。 (3)围护墙与支撑的性能 围护墙类型、厚度、插入深度，支撑与锚固的种类、水平与竖向间距、预加载大小，反压土的预留； 对于地铁车站或者宽20m左右的条形深基坑工程，围护墙的插入深度一般取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； 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有重要意义； 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； 施工超载、交通荷载、周围建构筑物及管线荷载等； 无支护暴露时间、未架设支撑的开挖深度、支撑安装快慢，开挖初始阶段的悬臂深度、挡墙接缝以及水平冠梁和腰梁的设置与刚度也将影响到基坑的变形。 2.3基坑开挖完成后的变形影响因素 渗流固结：在浇筑地下室楼板后的形成强度期间，随着土体内部超孔压水压的消散及土颗粒间有效应力的形成，土体的固结变形仍在不断进行，基坑内部及外部的荷载将不断发生变化，对于软黏土，其固结的时间历程往往远大于施工的周期，并将在施工后较长的时间内发生位移。 土体的蠕变：基坑开挖完成后，坑底封底并实施地下结构施工的阶段，随着地下结构的施工及支撑的拆除，基坑周边的土体仍将发生一定的变形。一般情况下，此后土体的位移速率将随时间不断减小，并随着施工的逐渐完成而趋于稳定。 3. 平面围护墙的变性计算－弹性地基梁法 土的水平抗力系数kh（基床系数）（kN/m3） 水平抗力系数kh的系数m 单桩水平载荷试验 经验公式： 经验数值表： 基坑规程： 地基土水平抗力系数的比例系数m值 上海地区m的经验取值 围护墙的变形形式 围护墙最大水平位移的位置 在基坑开挖初期，支撑尚未架设时，围护墙处于悬臂状态，其最大水平位移发生在墙顶； 随着开挖深度