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坑邊不均衡堆載對基坑圍護結構及周邊環(huán)境影響分析

文檔作者：程群１，劉芳玲１，王強２文檔來源：１.中建四局第六建筑工程有限公司２.安徽理工大學土木建筑學院，		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月01日
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上一篇：某工程拉法基屋面施工技術

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６８
施 工 技 術
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１５ 年１０ 月上
第４４ 卷 第１９ 期
ＤＯ Ｉ：１ ０． ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１５１９００６８
坑邊不均衡堆載對基坑圍護結構及周邊環(huán)境影響分析?
程 群１，劉芳玲１，王 強２
（１． 中建四局第六建筑工程有限公司，安徽 合肥 ２３００１１； ２． 安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 ２３２００１）
［摘要］ 為了深入研究基坑底板施工過程中坑邊不均衡堆載對基坑圍護結構的內力和位移及周邊環(huán)境的影響，運
用巖土有限元軟件ＭＩＤＡＳ／ ＧＴＳ 模擬了不均衡堆載下深基坑開挖過程，從而得到了不均衡堆載條件下基坑圍護結
構內力、變形及地表沉降的分布規(guī)律。計算和分析結果表明：坑邊不均衡堆載對基坑圍護結構的內力和位移及地
表沉降產生了較大影響，尤其是圍護結構水平位移及地表沉降，這使得基坑的穩(wěn)定性處于不利的狀態(tài)。
［關鍵詞］ 地下工程；基坑；不均衡堆載；圍護結構；內力；位移
［中圖分類號］ ＴＵ４３ ［文獻標識碼］ Ａ ［文章編號］ １００２?８４９８（２０１５）１９?００６８?０６
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ ａｎｄ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｈｅａｐｅｄ Ｌｏａｄｉｎｇ
Ｃｈｅｎｇ Ｑｕｎ１， Ｌｉｕ FａｎｇIｉｎｇ１， Ｗａｎｇ Ｑｉａｎｇ２
（１． Ｃｈｉｎａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ４ｔｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｕｒｅａｕ ６ｔｈ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｈｅｆｅｉ， Ａｎｈｕｉ ２３００１１，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ
Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ， Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｕａｉｎａｎ， Ａｎｈｕｉ ２３２００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｉｄｅ ｌｏａｄｉｎｇ， ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ， ＭＩＤＡＳ／ ＧＴＳ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｈｅａｐｅｄ ｌｏａｄ ｕｎｄｅｒ ｄｅｅｐ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ， ｗｈｉｃｈ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｖｅｌｏｐ ａｎｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｉｄｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ，
ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｓｔａｔｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｈｅａｐｅｄ ｌｏａｄ； ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｉｎｔｅｒｎａｌ
ｆｏｒｃｅ； ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
?中國建筑總公司項目（ＣＳＣＥＣ?２０１３?Ｚ?１０） ［作者簡介］ 程 群，總工程師，高級工程師，Ｅ?ｍａｉｌ： ４０３９８３２４９＠ｑｑ． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１５?０４?１２
０ 引言
早在２０ 世紀３０ 年代，Ｔｅｒｚａｇｉ［１］ 就已經對基坑
工程展開了研究，在此后的研究過程中各國的學者
們在該領域取得了一系列的研究成果［２?３］ 。而我國
基坑工程的研究始于２０ 世紀８０ 年代，之后隨著城
市建設的不斷深入，出現(xiàn)越來越多的深基坑工程，
從而進一步推動了該學科的發(fā)展，在之后３０ 多年研
究過程中，我國學者也取得了一些矚目的成就［４?５］ 。
縱觀基坑工程研究歷程，可以發(fā)現(xiàn)在基坑工程發(fā)展
初期，大多采用傳統(tǒng)的計算分析法，主要有等值梁
法、太沙基法、山肩邦男法、彈性梁法、彈塑性法［６］
等，或如Ｐｅｃｋ 等［７?８］ 等通過統(tǒng)計大量工程實測資料
后對結果進行分析，得出地表最大沉降值與墻體最
大側向位移之間的關系。但近些年隨著計算機技
術的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的有限元軟件，為基坑工程
的研究提供了新的思路。一些國內外學者［９?１１］ 利用
有限元軟件針對具體的基坑工程開挖進行模擬，通
過對模擬結果的分析和歸納，得出了基坑開挖過程
中對圍護結構及坑邊地表沉降的影響規(guī)律。
對基坑工程穩(wěn)定性分析時需要根據(jù)施工現(xiàn)場
的實際情況，正如大多數(shù)基坑工程施工時坑邊會存
在建筑物、堆載建筑材料等情況，使得基坑外側產
生附加的堆積荷載。根據(jù)荷載的分布情況，分為以
下幾種常見情況：①基坑兩側外加荷載都為０ 時，只
是單純考慮在開挖過程中土體的卸載作用對圍護
結構的影響。劉繼國等［１２］ 在基坑外側無外荷載作
用下，對基坑的分步開挖過程和支護結構進行模
擬，得到了基坑墻后土體沉降、基坑底部隆起位移、
墻后土體水平位移等隨基坑開挖深度的影響，為工
２０１５ Ｎｏ． １９ 程 群等：坑邊不均衡堆載對基坑圍護結構及周邊環(huán)境影響分析 ６９
程設計提供了指導和參考；②基坑兩側外加荷載相
等但都不為０ 時，形成等壓荷載，該情況是最為普遍
的考慮形式。秦四清［１３］ 在等壓狀態(tài)下，闡述了彈性
抗力法的基本原理，對計算時土壓力分布模式的選
擇和對多支撐板樁墻計算模型位移協(xié)調問題給出
了明確答案，最后通過實例介紹了采用彈性抗力法
對基坑支護設計的思路和步驟；③基坑兩側存在外
加荷載并且兩側荷載值不同，形成偏壓不對稱荷
載，此情況為工程實踐中最常遇見的形式。林剛
等［１４?１５］ 運用有限元分析軟件模擬了在不對稱堆積
荷載作用下深基坑開挖的全過程，在此荷載作用
下，得出在各個開挖階段基坑兩側圍護結構內力、
位移的差異，定性地總結了一些規(guī)律，對在不對稱
荷載作用下優(yōu)化基坑支護設計具有參考價值。同
樣石鈺峰［１６］ 等利用軟件分析，同時將分析結果和現(xiàn)
場實測數(shù)據(jù)進行比較，得出在偏壓作用下，基坑兩
側圍護結構位移和內力的差異較大，設計上應對基
坑兩側支護參數(shù)區(qū)別考慮。
當基坑開挖到基底進行底板的施工時，需要大
量的建筑材料。施工單位往往會將建筑材料堆積
在基坑外側，一方面節(jié)約施工場地，另一方面便于
施工。這就使得在基坑外邊緣產生了不對稱的堆
積荷載，對基坑安全構成了一定的威脅。為此，本
文基于有限元分析軟件ＭＩＤＡＳ／ ＧＴＳ 來模擬基坑開
挖的實際工況，首先得到在各個開挖階段對圍護結
構的影響，然后再模擬底板施工時基坑外側的不對
稱堆積荷載對基坑圍護結構及周邊環(huán)境的影響，以
此來得到圍護結構的變形與受力以及基坑周邊的
地表沉降規(guī)律，為類似工程的設計和施工提供參考。
１ 工程概況
廣州珠江新城某高層建筑，基坑形狀近似矩
形，占地面積約５ ３７４ｍ２，基坑底周長約２９７ｍ?；?
開挖底標高為－２９． ３００ｍ，坑頂標高為－１． ７００ｍ，開
挖深度為２７． ６０ｍ；總土石方量約為１６ 萬ｍ３。支護
結構采用邊坡錨噴＋ 人工挖孔排樁＋ 預應力錨索，
具體布置如下：首先放坡開挖２． ５ｍ 進行邊坡錨噴，
然后再進行人工挖孔樁的施工，最后分層開挖并在
設計位置共５ 道施加預應力錨索。各土層物理力學
參數(shù)如表１ 所示。
２ 有限元模型
２． １ 有限元模型建立
建立了基于巖土工程有限元軟件ＭＩＤＡＳ／ ＧＴＳ
的二維分析模型，在有限元模擬中，將土層用平面
應變單元類型用植入式桁架單元模擬錨桿和錨索，
其中在模擬預應力錨索的時候用植入式桁架單元
模擬錨索的固定端，用一對相對力模擬錨索的自由
表１ 各土層物理力學參數(shù)
Ｔａｂｌｅ １ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌｓ
層序
土層
名稱
厚度／
ｍ
重度γ ／
（ｋＮ·ｍ－３）
泊松比
ν
黏聚力
ｃ ／ ｋＮ
內摩擦角
φ ／ （°）
１ 雜填土３． ３ １８ ０． ３５ １０ １０
２ 粉質黏土７． ０ １９ ０． ３４ ２５ １５
３ 強風化粉
砂質泥巖１． ４ ２２ ０． ３０ １２０ ２５
４ 中風化粉
砂質泥巖３． ４ ２３ ０． ２７ ５００ ２８
５ 強風化粉
砂質泥巖２． ６ ２２ ０． ３０ １２０ ２５
６ 中風化粉
砂質泥巖１５． ０ ２３ ０． ２７ ５００ ２８
７ 微風化粉
砂質泥巖— ２４ ０． ２５ ８００ ３０
端；用梁單元模擬樁。為簡化計算和建模方便，對
模型作如下處理。
１）土體的計算深度取基坑開挖深度的２． ５ 倍，
計算寬度自開挖邊界向外取開挖深度的２ 倍。
２）施加的邊界條件為在模型左右兩側ｘ 方向受
水平約束，模型底面受水平和垂直方向的約束。
２． ２ 開挖工況模擬
１）工況１ 按１∶ ０． ６ 進行放坡并開挖２． ５ｍ，分
別在設計標高－２． ２００ｍ 和－３． ７００ｍ 處設置２ 道錨
桿，并掛網(wǎng)噴射混凝土。然后再進行人工挖孔樁的
施工，最后再進行第１ 道錨索施工并開挖第１ 層的
土體至設計標高－７． ２００ｍ。
２） 工況２ 開挖第２ 層至第２ 道錨索以下
０． ３ｍ，并進行第２ 道錨索施工，再開挖第３ 層土體
至設計標高－１３． ７００ｍ。
３）工況３ 開挖第４ 層土體，開挖至第３ 道錨
索以下０． ３ｍ，并進行第３ 道錨索施工，開挖第５ 層
土體至設計標高－２０． ２００ｍ。
４）工況４ 開挖第６ 層土體，開挖至第４ 道錨
索以下０． ３ｍ，并進行第４ 道錨索施工，開挖第７，８
層土體至設計標高－２８． ３００ｍ。
５）工況５ 進行第５ 道錨索施工，并開挖至
基底。
６）工況６ 施加５ 組不同的坑外堆積荷載Ｐ１
（左側），Ｐ２（右側）組合，分別為Ｐ１ ＝ Ｐ２ ＝ ２０ｋＮ／ ｍ；
Ｐ１ ＝ ２０ｋＮ／ ｍ， Ｐ２ ＝ ３０ｋＮ／ ｍ； Ｐ１ ＝ ２０ｋＮ／ ｍ， Ｐ２ ＝
４０ｋＮ／ ｍ；Ｐ１ ＝ ２０ｋＮ／ ｍ，Ｐ２ ＝ ５０ｋＮ／ ｍ；Ｐ１ ＝ ２０ｋＮ／ ｍ，
Ｐ２ ＝６０ｋＮ／ ｍ。
３ 計算結果分析
３． １ 樁體水平位移分析
基坑開挖時，樁體的水平位移變化規(guī)律如圖１
所示。
７０ 施工技術 第４４ 卷
圖１ 樁體水平位移
Ｆｉｇ． １ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅ
１）在工況１ 下，第１ 道錨索發(fā)揮作用，基坑開挖
至－７． ５００ｍ，其最大位移在樁頂以下２ｍ 左右的位
置，最大位移量為１． ５５７ｍｍ。
２）在工況２ 下，第２ 道錨索發(fā)揮作用，基坑開挖
至－１４． ０００ｍ，樁體最大位移向上偏移至樁頂，其最
大位移量為７． ７７２ｍｍ。
３）在工況３ 下，第３ 道錨索發(fā)揮作用，基坑開挖
至－２０． ５００ｍ，樁體的最大位移在樁頂處，其最大位
移為９． １８５ｍｍ。
４）在工況４ 下，第４ 道錨索發(fā)揮作用，基坑開挖
至－２８． ６００ｍ，樁體的最大位移在樁頂處，其最大位
移為１１． ４ｍｍ。
５）在工況５ 下，在第５ 道錨索發(fā)揮作用后，基坑
開挖至基底，樁體的最大位移在樁頂處，其最大位
移為１１． ９９ｍｍ。
６）在工況６ 不同的組合作用下，基坑的左側一
直受到荷載Ｐ１ ＝ ２０ｋＮ／ ｍ 作用，其樁體的水平位移
是相同的，其最大的變形在樁頂處，水平位移量為
１３． １６ｍｍ；而基坑的右側受到不同的荷載值Ｐ２ （２０，
３０，４０，５０，６０ｋＮ／ ｍ），在其作用下樁體的水平位移不
同，分別為１３． １２，１３． ７４，１４． ３８，１５． ０４，１５． ７３ｍｍ，但
是最大變形處仍在樁頂處，同時樁體的主要變形在
樁深０ ～１０ｍ 的范圍內。
３． ２ 地表沉降分析
在工況１ ～ ６ 下，基坑左右兩側的地表沉降值
如圖２ 所示。
圖２ 地表沉降示意
Ｆｉｇ． ２ Ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ
１）從圖２ 中可以發(fā)現(xiàn)在工況１ ～ ５ 中，基坑左
右兩側的地表沉降值大致相同。其沉降主要分布
在距離基坑邊緣０ ～ ２０ｍ 的范圍內，其中最大沉降
值在基坑邊緣處，從工況１ 下的－１． ６４５ｍｍ 增加到
工況５ 下的－３． ４３３ｍｍ，隨著開挖深度的增加，地表
沉降值也在逐步增加。
２）在工況６ 作用下，基坑左右兩側受到不同的
堆積荷載作用，對于基坑左側所受的堆積荷載始終
保持不變，地表的沉降值是不變的，主要的沉降范
圍在距基坑邊緣０ ～ ２０ｍ， 其中最大沉降值為
１４． ７５ｍｍ，距基坑邊緣２． ５ｍ 處。而基坑的右側，所
受堆積荷載逐漸增大的時候，地表沉降值也在不斷
增加。地表的沉降值從在Ｐ２ ＝ ２０ｋＮ／ ｍ 下的
－１４． ７５ｍｍ 增加到在Ｐ２ ＝ ６０ｋＮ／ ｍ 下的
－３８． ４１ｍｍ。其中在不同荷載作用下，其地表的沉降
趨勢一致，沉降的主要范圍在距基坑邊緣０ ～ ２０ｍ，
最大沉降在距基坑邊緣２． ５ｍ 處。
３． ３ 基底隆起分析
在工況１ ～ ６ 下，坑底隆起如圖３ 所示。
從圖３ 可見，隨著基坑開挖深度不斷加深，基底
隆起的高度也在不斷增加。在各個工況下，基坑中
心處基底隆起高度最大，并向兩端基坑邊緣處不斷
減小。隨著開挖的進行，基坑中心處最大隆起量從
０． ７４ｍｍ 逐步增至５． ９３ｍｍ。在工況６ 中不同坑邊
２０１５ Ｎｏ． １９ 程 群等：坑邊不均衡堆載對基坑圍護結構及周邊環(huán)境影響分析 ７１
圖３ 基底隆起曲線
Ｆｉｇ． ３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｕｐｌｉｆｔ ｏｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ
ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
堆載作用下坑底隆起曲線基本和工況５ 保持一致，
基坑中心處地基隆起高度保持在５． ９３ｍｍ 左右?？?
以看出坑邊堆載對坑底隆起影響不大。
３． ４ 樁體內力分析
在工況１ ～ ５ 中，左右兩側的樁體所受工況一
致，故只列出左側樁體的彎矩圖。在此約定左側樁
體所受最大彎矩記為Ｍ１，右側記為Ｍ２。
１）在工況１ 下，基坑開挖至設計標高－７． ５００ｍ，
即樁頂以下３． ３００ｍ，第１ 道錨索已發(fā)揮作用。左側
樁體彎矩如圖４ 所示。由圖可知，最大彎矩Ｍ１ 位于
樁頂以下２． ５ｍ 左右，為２４４． １１２ ｋＮ·ｍ。
圖４ 工況１ 下左側樁體彎矩
Ｆｉｇ． ４ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｐｉｌｅ ｍｏｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｆｉｒｓｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
２） 在工況２ 下， 基坑開挖至設計標高
－１４． ０００ｍ，即樁頂以下９． ８００ｍ，第２ 道錨索已發(fā)揮
作用。左側樁體的彎矩如圖５ 所示。由圖可知，隨
著基坑開挖深度的不斷增加，最大彎矩Ｍ１ 在不斷
增加，同時Ｍ１ 位置向下移動，位于樁頂以下１０ｍ 左
右，其值為５４８． ５９５ｋＮ·ｍ。
３） 在工況３ 下， 基坑開挖至設計標高
－２０． ５００ｍ，即樁頂以下１６． ３００ｍ，第３ 道錨索已發(fā)
揮作用。左側樁體的彎矩如圖６ 所示。由圖可知，
最大彎矩Ｍ１ 的位置發(fā)生了上移，同時最大值相比
工況２ 有所減小，Ｍ１ 在樁頂以下８． ９１ｍ 處，其值為
圖５ 工況２ 下左側樁體彎矩
Ｆｉｇ． ５ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｐｉｌｅ ｍｏｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｓｅｃｏｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
４５８． ２０９ｋＮ·ｍ。在隨著基坑開挖深度的不斷增加，樁
體所受到的土壓力也隨之增大，則樁體所受到的彎
矩也是逐漸增大的，但由于支護結構采用的是樁錨
的形式，預應力錨索的增加在很大程度上消除了樁
體所受到的土壓力。所以樁體的彎矩不但沒有增
加，反而減小了，這有利于基坑的支護。
圖６ 工況３ 下左側樁體彎矩
Ｆｉｇ． ６ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｐｉｌｅ ｍｏｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｔｈｉｒｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
４） 在工況４ 下， 基坑開挖至設計標高
－２８． ６００ｍ，即樁頂以下２４． ４００ｍ，第４ 道錨索已發(fā)
揮作用。左側樁體的彎矩如圖７ 所示。由圖可知，
最大彎矩Ｍ１ 略微增加，其值為４７６． ２１７ｋＮ·ｍ，但其
位置不變。與工況３ 相比，樁頂以下０ ～ １５ｍ 的變
化趨勢像類似，因為錨索４ 的作用，使得工況３ 中
１５ｍ 以下的正向彎矩減小。
５）在工況５ 下，基坑開挖至基底，既樁頂以下
２５ｍ，第５ 道錨索發(fā)揮作用。左側樁體的彎矩如圖８
所示。由圖可知，最大彎矩Ｍ１ 基本不變，其值為
４７４． ６３７ｋＮ·ｍ，但其位置不變。與工況４ 相比，也是
因錨索５ 的作用使得樁體２３ｍ 以下的正向彎矩發(fā)
生變化。
６）在工況６ 下，基坑開挖至基底，所有的支護
結構已經發(fā)揮作用。樁體的彎矩如圖９ 所示，由圖
可知，在不同的堆積荷載作用下，基坑左側始終受
７２ 施工技術 第４４ 卷
圖７ 工況４ 下左側樁體彎矩
Ｆｉｇ． ７ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｐｉｌｅ ｍｏｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｆｏｕｒｔｈ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
圖８ 工況５ 下左側樁體彎矩
Ｆｉｇ． ８ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｐｉｌｅ ｍｏｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｆｉｆｔｈ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
到Ｐ１ ＝２０ｋＮ／ ｍ 的作用，可以看出左側樁體所受到
的彎矩是一樣的，Ｍ１ 的位置在樁頂以下９ｍ 左右的
位置，其值為５３７． ３３６ｋＮ·ｍ。
圖９ 工況６ 下樁體彎矩
Ｆｉｇ． ９ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｍｏｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｉｘｔｈ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
對于右側樁體，其基坑右側受到堆積荷載Ｐ２ ＝
２０，３０，４０，５０，６０ｋＮ／ ｍ 的作用。從圖中可以看出，
隨著堆積荷載值的不斷增加，樁體所受到的最大彎
矩值Ｍ２ 也在不斷增加，由５３７． ３３６ｋＮ·ｍ 增加到
６８１． ６５９ｋＮ·ｍ，但Ｍ２ 的位置一直保持不變，發(fā)生在
樁頂以下９ｍ 左右。
在不同Ｐ２ 作用下，對左側樁體的影響較小，Ｍ１
保持不變。同時Ｍ１，Ｍ２ 相差較大，Ｍ１ 與Ｍ２ 比較如
表２ 所示。對于樁體設計，當彎矩相差１０％ 的時
候，不能采用傳統(tǒng)對稱的設計方法，而應當分開計
算設計，有利于降低成本。
表２ Ｍ１ 與Ｍ２ 比較
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｍ１ ａｎｄ Ｍ２ ｋＮ·ｍ－１
彎矩
不同堆積荷載組合（Ｐ１ ，Ｐ２ ）
（２０，２０） （２０，３０） （２０，４０） （２０，５０） （２０，６０）
｜Ｍ１ ︱ ５３７． ３３６ ５３７． ３３６ ５３７． ３３６ ５３７． ３３６ ５３７． ３３６
｜Ｍ２ ︱ ５３７． ３３６ ５６９． ５０２ ６０６． ３１２ ６４３． ４３７ ６８１． ６５９
｜Ｍ２ － Ｍ１ ︱／
｜Ｍ１ ︱（％） ０． ０００ ５． ９８６ １２． ８３７ １９． ７４６ ２６． ８５９
３． ５ 實測對比
基坑工程概況如前所述，在基坑開挖完畢，支
護結構發(fā)揮作用后，進行底板施工，需要大量的施
工材料，為方便施工在基坑兩側堆積了大量的施工
材料，因兩側堆積量的不同產生了不對稱的堆積荷
載，和前面模擬工況６ 的過程相似。同時在實際施
工過程中，材料堆積產生的堆載值可以等效為在工
況６ 下的Ｐ１ ＝２０ｋＮ／ ｍ，Ｐ２ ＝５０ｋＮ／ ｍ。
通過現(xiàn)場對樁體的監(jiān)測得到在各個工況下樁
體的水平位移曲線，從而得到在各個工況下，樁體
水平位移的計算值和實測值的比較， 如圖１０
所示。
由圖１０ 可知，樁體的水平位移計算值與實測值
基本一致，分布規(guī)律相同，其中位移的最大值和位
置均相差不大?？梢姳敬文M是比較符合工程實
際情況的，證明本次計算的正確性。實測結果和計
算結果的偏差，可能是因為施工車輛的干擾和堆積
荷載動態(tài)變化而引起的。
２０１５ Ｎｏ． １９ 程 群等：坑邊不均衡堆載對基坑圍護結構及周邊環(huán)境影響分析 ７３
圖１０ 樁體水平位移計算值與實測值對比
Ｆｉｇ． １０ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｐｉｌｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
４ 結語
１）基坑開挖工程中，隨著基坑開挖深度的增
加，樁體的水平位移也隨之增大。其主要的變形曲
線大體呈現(xiàn)為：在樁頂處位移最大，之后隨著樁深
的增加而逐漸減小。但在工況１ 中，樁的最大位移
在樁頂以下２ｍ 處，其原因是因為第１ 道預應力錨
索的作用，抵消了一部分側向土壓力，從而使得樁
頂處的位移減小。同時在工況６ 中，所有的支護結
構已經發(fā)揮作用，基坑兩側在受到不同的堆積荷載
時，作用在基坑右側的Ｐ２ 不會影響到左側樁體的變
形，同時隨著Ｐ２ 不斷增大，右側樁體的水平位移值
也在不斷增大。在所有工況中，樁頂以下０ ～ １０ｍ
的范圍，樁體的水平位移變化較大，為樁體的監(jiān)測
提供了重點。
２）在開挖基坑時會對周邊的環(huán)境產生影響，地
表沉降則是其中一種表現(xiàn)。本次模擬中可以看出，
隨著開挖深度的不斷增加，引起的地表沉降也在不
斷增加，同時隨著堆積荷載的增加而不斷增加。其
中地表沉降的主要影響區(qū)在距基坑邊緣０ ～２０ｍ 的
范圍內。該基坑２． ５ｍ 的深度范圍內采用了放坡噴
錨的支護形式，也就是說地表沉降的主要影響區(qū)在
距樁后０ ～２４ｍ 的范圍內。在工況６ 中最大沉降位
于樁后６． ５ ～８ｍ 的范圍內。在受到堆積荷載時，沉
降值有了明顯的增加，并且增加量很大。
３）在樁體的內力分析中，從工況６ 中可以看到
左右樁體受到不同的堆積荷載作用時，左右樁體的
最大彎矩相差較大，在對樁體的設計時應該考慮，
不能采用傳統(tǒng)對稱設計方法，應該分別考慮。這樣
能有效降低施工成本。
４）基坑開挖過程中，采用樁錨支護體系的時
候，預應力錨索能夠抵消土體對樁的側向土壓力，
有效抑制了樁體的變形。隨著基坑開挖深度的增
加，錨索發(fā)揮的作用也越來越大。
５）在進行底板施工的時候，材料的堆積會產生
堆積荷載作用，對樁體的變形和地表的沉降有很大
影響，所以在施工過程中一定要加強樁頂水平位移
監(jiān)測和地表沉降監(jiān)測。
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