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深基坑開挖過程中立柱受力變化規(guī)律分析

文檔作者：喻軍文檔來源：浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月15日
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上一篇：深開挖條件下抗拔樁承載性狀分析與設(shè)計方…

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2013年IO月上
第42卷第19期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 43
DOI：10．7672／s自s2013190043
深基坑開挖過程中立柱受力變化規(guī)律分析木
喻軍
(浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州310014)
[摘要】在基坑開挖過程中，立柱所受水平和豎直方向力處于不斷變化狀態(tài)，變形比較復(fù)雜，立柱的穩(wěn)定對支護結(jié)
構(gòu)的安全至關(guān)重要，因此有必要研究立柱受力的動態(tài)情況。以寧波某地鐵基坑為例，基于基坑開挖的時空效應(yīng)，分
析立柱的受力變化規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn)，在基坑開挖過程中，立柱先沉降后隆起，其隆起和沉降的分界點與基坑深度、
土體性質(zhì)有關(guān)，也可以此作為劃分深、淺基坑的依據(jù)，不僅限制了基坑底部隆起，而且提高了基坑的穩(wěn)定性。
[關(guān)鍵詞]地下工程；地鐵；深基坑；立柱；側(cè)壓力
[中圖分類號]Tu753．1 [文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號]1002．8498(2013)19枷43-02
Analysis on the Law of the PiUar Bearing FOrce
During Deep ExcaVation
Yu Jun
(coZ￡ege礦C而以E嘶礎(chǔ)e“增口nd Arc_Ili拋ctⅡ陀，z^咖口ng Uni口em蚵礦死c^加如gy，點，口嗶_IloⅡ，勱彬口ng 310014，ClIlinn)
Abstract：The bearing force of the pillars changes continuously and defo珊ation is complex． The stability
of pillars is imponant to the safbty of supporting structure and it is necessary to study the bearing
condition of pjllars．Takjng an example as foundation excaVation of some subway in Ningbo，lhe bearing
force law of pillars was analyzed based on time and space ef億ct of excavation． The result shows that the
pillars sunk firstly and uplifted tllen，and the boundary is related to the depth of fbundation excaVation and
soil properties．The deep and shallow foundation excavation is divided according to it． It was fbund that
the pillars confined the changing bottom of foundation excavation and the stability was impmVed．
Key words：underground；subways；deep foundation excaVation；pillars；lateral pressure
基坑工程施工中，安全是施工人員首要關(guān)注的
問題，其中立柱承受上部主要施工荷載，其安全是
基坑穩(wěn)定的重要保證，立柱沉降過大或上升會引起
內(nèi)支撐斷裂，立柱的側(cè)向位移又會使承載力降低甚
至斷裂，影響基坑整體安全，所以在基坑施工過程
中，對立柱的受力變形進行控制十分重要。目前，
未見考慮基坑施工過程中對立柱受力變化的研究。
1 基坑開挖過程中立柱受力分析
基坑分段開挖對立柱的影響分析包括2個
方面。
1)基坑開挖土體回彈對立柱產(chǎn)生一個向上的
作用力，即上拔荷載，立柱被抬升，產(chǎn)生正摩阻力；
下部產(chǎn)生阻止立柱向上的位移，產(chǎn)生負(fù)摩阻力，在
·國家自然科學(xué)基金項目(51078377)；浙江省科技廳項目
(2012c21074)；浙江省交通廳項目(2012H66)；浙江工業(yè)大學(xué)自然基
金項目(20llxY024)；浙江省博士后基金項目(BSHl202012)
【作者簡介】喻軍，講師，博士后，E-mail：yujunsunny@163．com
[收稿日期】2013旬1．24
這兩個摩阻力作用下，立柱被拉伸。此外，由于分
段開挖，不同區(qū)域基坑底部的高程不同，存在側(cè)向
土壓力差異。
2)立柱受到上部施工荷載的作用，基坑開挖
后，土體回彈，密度減小，而且土體的有效應(yīng)力減
小，側(cè)向摩阻力減小，立柱的承載力減小，受到上部
施工荷載作用，立柱的變形及沉降較大。
1．1受力影響因素
首先是樁、土界面摩擦特性的影響；立柱受力
特征、承載力以及剛度的影響；基坑開挖過程中，立
柱受到上部施工荷載及內(nèi)支撐的重力作用，同時受
到基坑底部向上的正摩阻力，還有基坑開挖的不同
水平引起的側(cè)向土壓力作用。
1．2受力模擬分析
室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗研究揭示的樁、土界面特
性表明，極限摩擦力的大小與法向應(yīng)力成正比，摩
擦界面的剪切剛度隨土的強度增加而增加。對于
基坑工程中的樁、土相互作用問題，需要考慮卸荷
萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第42卷
再加載過程中樁、土之間接觸面往返剪切的力學(xué)
特性。
2 工程實例
本工程位于寧波市東部新城，距寧波市中心約
10km。場地北側(cè)為建設(shè)中的寧波市行政綜合樓，南
側(cè)為規(guī)劃的公園，東、西側(cè)有待建工程。場地現(xiàn)狀
地勢平坦開闊。北側(cè)行政綜合樓作為行政中心區(qū)
一期工程，目前基坑已施工完成，和本工程基坑相
距約18m；其余各側(cè)為農(nóng)田和空地，并有少量1～2
層房屋。東、西兩側(cè)有現(xiàn)狀河寬10～20m，需要回
填，河床底絕對標(biāo)高約為0．000m。
主體結(jié)構(gòu)北側(cè)為地下2層車庫，地下1層層高
4．750m，地下2層層高3．800m。南側(cè)為地下1層寧
穿路隧道，隧道下密貼地下2層車站站廳層，這些部
分形成本工程的主基坑，車庫主基坑長253．1m、寬
101．6m，開挖深度算至底板墊層底為8．85m。
根據(jù)土層的沉積年代、沉積環(huán)境、巖性特征及
物理力學(xué)性質(zhì)，同時結(jié)合野外鉆探，將勘探深度范
圍內(nèi)的地基土劃分為9個工程地質(zhì)層，并細(xì)分為25
個工程地質(zhì)亞層，各地基土層的工程特性以軟土為
主，含少量粉砂。立柱隆起、沉降監(jiān)測點布置如圖1
所示，其與時間的關(guān)系曲線如圖2所示。
由圖2可知，各點在基坑施工以及基礎(chǔ)施工階
段沉降曲線趨勢較陡，變化較大，隨后時間段沉降
曲線逐漸趨于平緩，并且有一個先沉降后隆起的趨
勢，由于重力大于立柱的側(cè)摩阻力，立柱下沉，反之
立柱隆起。其中，沉降變化中，“+”表示隆起，
三
E
趔
進
避
日期／(月一日)
a LZ4～LZ6
日期／(月一日)
∈
乓
j粵
鞋
避
已有圍護結(jié)構(gòu)
博冀．-瓤≥．掣；剝
l ～ Lz卜。Lzj LzlO～Lzl2 l
圖l 立柱隆起、沉降監(jiān)測點布置示意
Fig．1 MOnitoring points Iayout fOr
upheaVal and settlement Of piIlars
“一”表示沉降，沉降累計50mm達到報警值，沉降
變化速率8mm／d達到報警值，由圖2可知位移均在
規(guī)范規(guī)定的安全范圍內(nèi)，最大值為18mm。
立柱的隆降決定于重力與側(cè)摩阻力的關(guān)系，隨
著開挖的加深，立柱先沉降后隆起，這個分界點在
基坑開挖7m時，在7m之前基坑隆起可以忽略，7m
以后應(yīng)該重視，所以基坑深度越大隆起量越大，超
深基坑施工應(yīng)更加重視坑底隆起的控制。
基坑開挖時，由于解除了土體的自重應(yīng)力，坑
底土將產(chǎn)生回彈。開挖還將導(dǎo)致坑底土體產(chǎn)生負(fù)
孑L隙水壓力，從而進一步導(dǎo)致坑底土體軟化，吸水
膨脹，使坑底進一步隆起。
在較窄的基坑中，底部隆起始終為中問大、兩
側(cè)小，基坑較寬時，若開挖深度不大，坑底為彈性隆
起，隆起量為中間大、兩側(cè)小；若開挖深度較大，底
部出現(xiàn)塑性隆起，隆起量為中間小、兩側(cè)大。
坑底土體隆起是坑底土體原有應(yīng)力狀態(tài)因垂
日期／(月一日) 日期／(月日)
7 6 6 6 26 7 16 8 5 8—25 5—1 7 6—6 6—26 7一16 8 5 8—25
b LZ7～LZ9
日期／(月一日
美
{霎|
；
三
曼
迥
澄
避
c I。Z10～LZl 2
日期／(月日)
圖2 立柱的隆起、沉降與時間關(guān)系曲線
Fig．2 UpheaVal and settIement-time curVes 0f pillars
(下轉(zhuǎn)第117頁)
50，2
3
4
5
6
7
LL善＼趔邀器
萬方數(shù)據(jù)
2013 No．19 施筍等：暗挖結(jié)構(gòu)中盾構(gòu)接收端土體及掌子面支護結(jié)構(gòu)受力研究117
0．015MPa，距離掌子面0．8m時，初襯格柵發(fā)生破
壞，掌子面坍塌，現(xiàn)場實踐證明了薄板理論分析土
體受力的合理性。
4)通過現(xiàn)場的盾構(gòu)推力曲線和土壓曲線表明，
盾構(gòu)加固時具有不均勻性，不可設(shè)為理想狀態(tài)，計
算過程中需考慮適當(dāng)?shù)恼蹨p系數(shù)。
5)為了使暗挖結(jié)構(gòu)初襯安全，盾構(gòu)接收時增加
相應(yīng)的橫向支撐，以提供盾構(gòu)接收時必要的推力，
同時計算橫向支撐的強度和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)扭曲
現(xiàn)象，實踐證明輔助措施合理。
6)由于暗挖結(jié)構(gòu)初襯采用鋼筋格柵形成土體
支護接收，變形小，易破壞，在盾構(gòu)接收段為了提高
掌子面的承載力建議采用型鋼支撐作為初襯或者
二襯施工時采用施工封堵墻提供推力，具體設(shè)計采
用何種形式需通過計算確定，以保證能提供盾構(gòu)的
推力，掌子面承載力滿足要求。
7)本文實例證明，盾構(gòu)接收端頭安全措施和盾
構(gòu)參數(shù)的選擇需依據(jù)土體不同的加固效果和不同
的掌子面支護結(jié)構(gòu)條件。
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(上接第44頁)
直卸荷而改變的結(jié)果。在開挖深度不大時，坑底土
體在卸荷后發(fā)生垂向隆起，當(dāng)支護結(jié)構(gòu)底部為良好
的原狀土或注漿加固土?xí)r，支護結(jié)構(gòu)在土體作用下
也會被抬高?？拥茁∑鹆繛橹虚g大、兩側(cè)小，這種
隆起基本不會導(dǎo)致兩側(cè)支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形。隨
著開挖深度不斷加大，坑內(nèi)外土面高差不斷加大，
到達一定程度時將導(dǎo)致基坑坑底產(chǎn)生塑性隆起，同
時在基坑周圍產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，并引起地表沉降。
3 結(jié)語
1)立柱在基坑某2道支撐間開挖過程中，受到
水平方向力作用，隨著開挖深度增加而增大。
2)立柱在豎直方向上的受力隨著基坑開挖深
度的增加先增加后減小。
3)立柱的隆沉決定于重力與側(cè)摩阻力的關(guān)系，
隨著開挖的加深，立柱先沉降后隆起，這個分界點
在基坑開挖至7m時，在7m之前基坑隆起可以忽
略，7m以后應(yīng)該重視，所以基坑深度越大隆起量越
大，超深基坑施工應(yīng)更加重視坑底隆起的控制。
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