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坑邊不均衡堆載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境影響分析

文檔作者：程群１，劉芳玲１，王強(qiáng)２文檔來(lái)源：１.中建四局第六建筑工程有限公司２.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(shù)

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６８
施 工 技 術(shù)
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(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境影響分析?
程 群１，劉芳玲１，王 強(qiáng)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(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 ２３２００１）
［摘要］ 為了深入研究基坑底板施工過(guò)程中坑邊不均衡堆載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移及周邊環(huán)境的影響，運(yùn)
用巖土有限元軟件ＭＩＤＡＳ／ ＧＴＳ 模擬了不均衡堆載下深基坑開(kāi)挖過(guò)程，從而得到了不均衡堆載條件下基坑圍護(hù)結(jié)
構(gòu)內(nèi)力、變形及地表沉降的分布規(guī)律。計(jì)算和分析結(jié)果表明：坑邊不均衡堆載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移及地
表沉降產(chǎn)生了較大影響，尤其是圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(guān)鍵詞］ 地下工程；基坑；不均衡堆載；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；內(nèi)力；位移
［中圖分類(lèi)號(hào)］ ＴＵ４３ ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ Ａ ［文章編號(hào)］ 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(guó)建筑總公司項(xiàng)目（ＣＳＣＥＣ?２０１３?Ｚ?１０） ［作者簡(jiǎn)介］ 程 群，總工程師，高級(jí)工程師，Ｅ?ｍａｉｌ： ４０３９８３２４９＠ｑｑ． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１５?０４?１２
０ 引言
早在２０ 世紀(jì)３０ 年代，Ｔｅｒｚａｇｉ［１］ 就已經(jīng)對(duì)基坑
工程展開(kāi)了研究，在此后的研究過(guò)程中各國(guó)的學(xué)者
們?cè)谠擃I(lǐng)域取得了一系列的研究成果［２?３］ 。而我國(guó)
基坑工程的研究始于２０ 世紀(jì)８０ 年代，之后隨著城
市建設(shè)的不斷深入，出現(xiàn)越來(lái)越多的深基坑工程，
從而進(jìn)一步推動(dòng)了該學(xué)科的發(fā)展，在之后３０ 多年研
究過(guò)程中，我國(guó)學(xué)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(jì)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(guò)統(tǒng)計(jì)大量工程實(shí)測(cè)資料
后對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，得出地表最大沉降值與墻體最
大側(cè)向位移之間的關(guān)系。但近些年隨著計(jì)算機(jī)技
術(shù)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(guó)內(nèi)外學(xué)者［９?１１］ 利用
有限元軟件針對(duì)具體的基坑工程開(kāi)挖進(jìn)行模擬，通
過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析和歸納，得出了基坑開(kāi)挖過(guò)程
中對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及坑邊地表沉降的影響規(guī)律。
對(duì)基坑工程穩(wěn)定性分析時(shí)需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)
的實(shí)際情況，正如大多數(shù)基坑工程施工時(shí)坑邊會(huì)存
在建筑物、堆載建筑材料等情況，使得基坑外側(cè)產(chǎn)
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(jiàn)情況：①基坑兩側(cè)外加荷載都為０ 時(shí)，只
是單純考慮在開(kāi)挖過(guò)程中土體的卸載作用對(duì)圍護(hù)
結(jié)構(gòu)的影響。劉繼國(guó)等［１２］ 在基坑外側(cè)無(wú)外荷載作
用下，對(duì)基坑的分步開(kāi)挖過(guò)程和支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(kāi)挖深度的影響，為工
２０１５ Ｎｏ． １９ 程 群等：坑邊不均衡堆載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境影響分析 ６９
程設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)和參考；②基坑兩側(cè)外加荷載相
等但都不為０ 時(shí)，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(duì)計(jì)算時(shí)土壓力分布模式的選
擇和對(duì)多支撐板樁墻計(jì)算模型位移協(xié)調(diào)問(wèn)題給出
了明確答案，最后通過(guò)實(shí)例介紹了采用彈性抗力法
對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的思路和步驟；③基坑兩側(cè)存在外
加荷載并且兩側(cè)荷載值不同，形成偏壓不對(duì)稱(chēng)荷
載，此情況為工程實(shí)踐中最常遇見(jiàn)的形式。林剛
等［１４?１５］ 運(yùn)用有限元分析軟件模擬了在不對(duì)稱(chēng)堆積
荷載作用下深基坑開(kāi)挖的全過(guò)程，在此荷載作用
下，得出在各個(gè)開(kāi)挖階段基坑兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、
位移的差異，定性地總結(jié)了一些規(guī)律，對(duì)在不對(duì)稱(chēng)
荷載作用下優(yōu)化基坑支護(hù)設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。同
樣石鈺峰［１６］ 等利用軟件分析，同時(shí)將分析結(jié)果和現(xiàn)
場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出在偏壓作用下，基坑兩
側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移和內(nèi)力的差異較大，設(shè)計(jì)上應(yīng)對(duì)基
坑兩側(cè)支護(hù)參數(shù)區(qū)別考慮。
當(dāng)基坑開(kāi)挖到基底進(jìn)行底板的施工時(shí)，需要大
量的建筑材料。施工單位往往會(huì)將建筑材料堆積
在基坑外側(cè)，一方面節(jié)約施工場(chǎng)地，另一方面便于
施工。這就使得在基坑外邊緣產(chǎn)生了不對(duì)稱(chēng)的堆
積荷載，對(duì)基坑安全構(gòu)成了一定的威脅。為此，本
文基于有限元分析軟件ＭＩＤＡＳ／ ＧＴＳ 來(lái)模擬基坑開(kāi)
挖的實(shí)際工況，首先得到在各個(gè)開(kāi)挖階段對(duì)圍護(hù)結(jié)
構(gòu)的影響，然后再模擬底板施工時(shí)基坑外側(cè)的不對(duì)
稱(chēng)堆積荷載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的影響，以
此來(lái)得到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與受力以及基坑周邊的
地表沉降規(guī)律，為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)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(zhǎng)約２９７ｍ?；?
開(kāi)挖底標(biāo)高為－２９． ３００ｍ，坑頂標(biāo)高為－１． ７００ｍ，開(kāi)
挖深度為２７． ６０ｍ；總土石方量約為１６ 萬(wàn)ｍ３。支護(hù)
結(jié)構(gòu)采用邊坡錨噴＋ 人工挖孔排樁＋ 預(yù)應(yīng)力錨索，
具體布置如下：首先放坡開(kāi)挖２． ５ｍ 進(jìn)行邊坡錨噴，
然后再進(jìn)行人工挖孔樁的施工，最后分層開(kāi)挖并在
設(shè)計(jì)位置共５ 道施加預(yù)應(yīng)力錨索。各土層物理力學(xué)
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(yīng)變單元類(lèi)型用植入式桁架單元模擬錨桿和錨索，
其中在模擬預(yù)應(yīng)力錨索的時(shí)候用植入式桁架單元
模擬錨索的固定端，用一對(duì)相對(duì)力模擬錨索的自由
表１ 各土層物理力學(xué)參數(shù)
Ｔａｂｌｅ １ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌｓ
層序
土層
名稱(chēng)
厚度／
ｍ
重度γ ／
（ｋＮ·ｍ－３）
泊松比
ν
黏聚力
ｃ ／ ｋＮ
內(nèi)摩擦角
φ ／ （°）
１ 雜填土３． ３ １８ ０． ３５ １０ １０
２ 粉質(zhì)黏土７． ０ １９ ０． ３４ ２５ １５
３ 強(qiáng)風(fēng)化粉
砂質(zhì)泥巖１． ４ ２２ ０． ３０ １２０ ２５
４ 中風(fēng)化粉
砂質(zhì)泥巖３． ４ ２３ ０． ２７ ５００ ２８
５ 強(qiáng)風(fēng)化粉
砂質(zhì)泥巖２． ６ ２２ ０． ３０ １２０ ２５
６ 中風(fēng)化粉
砂質(zhì)泥巖１５． ０ ２３ ０． ２７ ５００ ２８
７ 微風(fēng)化粉
砂質(zhì)泥巖— ２４ ０． ２５ ８００ ３０
端；用梁?jiǎn)卧M樁。為簡(jiǎn)化計(jì)算和建模方便，對(duì)
模型作如下處理。
１）土體的計(jì)算深度取基坑開(kāi)挖深度的２． ５ 倍，
計(jì)算寬度自開(kāi)挖邊界向外取開(kāi)挖深度的２ 倍。
２）施加的邊界條件為在模型左右兩側(cè)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(kāi)挖工況模擬
１）工況１ 按１∶ ０． ６ 進(jìn)行放坡并開(kāi)挖２． ５ｍ，分
別在設(shè)計(jì)標(biāo)高－２． ２００ｍ 和－３． ７００ｍ 處設(shè)置２ 道錨
桿，并掛網(wǎng)噴射混凝土。然后再進(jìn)行人工挖孔樁的
施工，最后再進(jìn)行第１ 道錨索施工并開(kāi)挖第１ 層的
土體至設(shè)計(jì)標(biāo)高－７． ２００ｍ。
２） 工況２ 開(kāi)挖第２ 層至第２ 道錨索以下
０． ３ｍ，并進(jìn)行第２ 道錨索施工，再開(kāi)挖第３ 層土體
至設(shè)計(jì)標(biāo)高－１３． ７００ｍ。
３）工況３ 開(kāi)挖第４ 層土體，開(kāi)挖至第３ 道錨
索以下０． ３ｍ，并進(jìn)行第３ 道錨索施工，開(kāi)挖第５ 層
土體至設(shè)計(jì)標(biāo)高－２０． ２００ｍ。
４）工況４ 開(kāi)挖第６ 層土體，開(kāi)挖至第４ 道錨
索以下０． ３ｍ，并進(jìn)行第４ 道錨索施工，開(kāi)挖第７，８
層土體至設(shè)計(jì)標(biāo)高－２８． ３００ｍ。
５）工況５ 進(jìn)行第５ 道錨索施工，并開(kāi)挖至
基底。
６）工況６ 施加５ 組不同的坑外堆積荷載Ｐ１
（左側(cè)），Ｐ２（右側(cè)）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(jì)算結(jié)果分析
３． １ 樁體水平位移分析
基坑開(kāi)挖時(shí)，樁體的水平位移變化規(guī)律如圖１
所示。
７０ 施工技術(shù) 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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(cè)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(cè)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(shí)樁體的主要變形在
樁深０ ～１０ｍ 的范圍內(nèi)。
３． ２ 地表沉降分析
在工況１ ～ ６ 下，基坑左右兩側(cè)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(cè)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(nèi)，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(kāi)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(cè)受到不同的
堆積荷載作用，對(duì)于基坑左側(cè)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(cè)，所
受堆積荷載逐漸增大的時(shí)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(shì)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(jiàn)，隨著基坑開(kāi)挖深度不斷加深，基底
隆起的高度也在不斷增加。在各個(gè)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(kāi)挖的進(jìn)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(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境影響分析 ７１
圖３ 基底隆起曲線(xiàn)
Ｆｉｇ． ３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｕｐｌｉｆｔ ｏｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ
ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
堆載作用下坑底隆起曲線(xiàn)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(duì)坑底隆起影響不大。
３． ４ 樁體內(nèi)力分析
在工況１ ～ ５ 中，左右兩側(cè)的樁體所受工況一
致，故只列出左側(cè)樁體的彎矩圖。在此約定左側(cè)樁
體所受最大彎矩記為Ｍ１，右側(cè)記為Ｍ２。
１）在工況１ 下，基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高－７． ５００ｍ，
即樁頂以下３． ３００ｍ，第１ 道錨索已發(fā)揮作用。左側(cè)
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(cè)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(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高
－１４． ０００ｍ，即樁頂以下９． ８００ｍ，第２ 道錨索已發(fā)揮
作用。左側(cè)樁體的彎矩如圖５ 所示。由圖可知，隨
著基坑開(kāi)挖深度的不斷增加，最大彎矩Ｍ１ 在不斷
增加，同時(shí)Ｍ１ 位置向下移動(dòng)，位于樁頂以下１０ｍ 左
右，其值為５４８． ５９５ｋＮ·ｍ。
３） 在工況３ 下， 基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高
－２０． ５００ｍ，即樁頂以下１６． ３００ｍ，第３ 道錨索已發(fā)
揮作用。左側(cè)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(shí)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(cè)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(kāi)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(hù)結(jié)構(gòu)采用的是樁錨
的形式，預(yù)應(yīng)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(méi)有增
加，反而減小了，這有利于基坑的支護(hù)。
圖６ 工況３ 下左側(cè)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(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高
－２８． ６００ｍ，即樁頂以下２４． ４００ｍ，第４ 道錨索已發(fā)
揮作用。左側(cè)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(shì)像類(lèi)似，因?yàn)殄^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(kāi)挖至基底，既樁頂以下
２５ｍ，第５ 道錨索發(fā)揮作用。左側(cè)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(kāi)挖至基底，所有的支護(hù)
結(jié)構(gòu)已經(jīng)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(cè)始終受
７２ 施工技術(shù) 第４４ 卷
圖７ 工況４ 下左側(cè)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(cè)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(cè)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(duì)于右側(cè)樁體，其基坑右側(cè)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(duì)左側(cè)樁體的影響較小，Ｍ１
保持不變。同時(shí)Ｍ１，Ｍ２ 相差較大，Ｍ１ 與Ｍ２ 比較如
表２ 所示。對(duì)于樁體設(shè)計(jì)，當(dāng)彎矩相差１０％ 的時(shí)
候，不能采用傳統(tǒng)對(duì)稱(chēng)的設(shè)計(jì)方法，而應(yīng)當(dāng)分開(kāi)計(jì)
算設(shè)計(jì)，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(shí)測(cè)對(duì)比
基坑工程概況如前所述，在基坑開(kāi)挖完畢，支
護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用后，進(jìn)行底板施工，需要大量的施
工材料，為方便施工在基坑兩側(cè)堆積了大量的施工
材料，因兩側(cè)堆積量的不同產(chǎn)生了不對(duì)稱(chēng)的堆積荷
載，和前面模擬工況６ 的過(guò)程相似。同時(shí)在實(shí)際施
工過(guò)程中，材料堆積產(chǎn)生的堆載值可以等效為在工
況６ 下的Ｐ１ ＝２０ｋＮ／ ｍ，Ｐ２ ＝５０ｋＮ／ ｍ。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樁體的監(jiān)測(cè)得到在各個(gè)工況下樁
體的水平位移曲線(xiàn)，從而得到在各個(gè)工況下，樁體
水平位移的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的比較， 如圖１０
所示。
由圖１０ 可知，樁體的水平位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)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。可見(jiàn)本次模擬是比較符合工程實(shí)
際情況的，證明本次計(jì)算的正確性。實(shí)測(cè)結(jié)果和計(jì)
算結(jié)果的偏差，可能是因?yàn)槭┕ぼ?chē)輛的干擾和堆積
荷載動(dòng)態(tài)變化而引起的。
２０１５ Ｎｏ． １９ 程 群等：坑邊不均衡堆載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境影響分析 ７３
圖１０ 樁體水平位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比
Ｆｉｇ． １０ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｐｉｌｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
４ 結(jié)語(yǔ)
１）基坑開(kāi)挖工程中，隨著基坑開(kāi)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(xiàn)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?yàn)榈冢?道預(yù)應(yīng)力錨
索的作用，抵消了一部分側(cè)向土壓力，從而使得樁
頂處的位移減小。同時(shí)在工況６ 中，所有的支護(hù)結(jié)
構(gòu)已經(jīng)發(fā)揮作用，基坑兩側(cè)在受到不同的堆積荷載
時(shí)，作用在基坑右側(cè)的Ｐ２ 不會(huì)影響到左側(cè)樁體的變
形，同時(shí)隨著Ｐ２ 不斷增大，右側(cè)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(cè)
提供了重點(diǎn)。
２）在開(kāi)挖基坑時(shí)會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境產(chǎn)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(kāi)挖深度的不斷增加，引起的地表沉降也在不
斷增加，同時(shí)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(nèi)。該基坑２． ５ｍ 的深度范圍內(nèi)采用了放坡噴
錨的支護(hù)形式，也就是說(shuō)地表沉降的主要影響區(qū)在
距樁后０ ～２４ｍ 的范圍內(nèi)。在工況６ 中最大沉降位
于樁后６． ５ ～８ｍ 的范圍內(nèi)。在受到堆積荷載時(shí)，沉
降值有了明顯的增加，并且增加量很大。
３）在樁體的內(nèi)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(shí)，左右樁體的
最大彎矩相差較大，在對(duì)樁體的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮，
不能采用傳統(tǒng)對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)方法，應(yīng)該分別考慮。這樣
能有效降低施工成本。
４）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，采用樁錨支護(hù)體系的時(shí)
候，預(yù)應(yīng)力錨索能夠抵消土體對(duì)樁的側(cè)向土壓力，
有效抑制了樁體的變形。隨著基坑開(kāi)挖深度的增
加，錨索發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。
５）在進(jìn)行底板施工的時(shí)候，材料的堆積會(huì)產(chǎn)生
堆積荷載作用，對(duì)樁體的變形和地表的沉降有很大
影響，所以在施工過(guò)程中一定要加強(qiáng)樁頂水平位移
監(jiān)測(cè)和地表沉降監(jiān)測(cè)。
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