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軟土地層深基坑隆起變形規(guī)律及其對周圍建筑物的影響

文檔作者：杜磊王育平文檔來源：山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月18日
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２０１６ 年８ 月上
第４５ 卷　第１５ 期
施　工　技　術(shù)
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 　９９
ＤＯＩ：１０?? ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１６１５００９９
軟土地層深基坑隆起變形規(guī)律及其對周圍建筑物
的影響?
杜　磊，王育平
（山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全學(xué)院，山東　青島?。玻叮叮担梗埃?
［摘要］ 以北京某地區(qū)深基坑工程為背景，采用工程經(jīng)驗(yàn)法和有限元模擬２ 種方法，對施工過程中造成的坑底隆
起、建筑物差異沉降進(jìn)行估算，分別指出了基坑最大變形值和建筑物相對危險(xiǎn)源，分析了２ 種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，揭示
了２ 種方法對工程預(yù)估的現(xiàn)實(shí)意義。提出了基坑開挖過程中自由地表的沉降方程以及坑底隆起與開挖深度之間
的指數(shù)關(guān)系。
［關(guān)鍵詞］ 地下工程；深基坑； 隆起；變形；差異沉降；有限元分析
［中圖分類號］ ＴＵ７５３ ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ Ａ　　　　［文章編號］ １００２?８４９８（２０１６）１５?００９９?０５
Ｓｏｆｔ Ｓｏｉｌ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｕｐｌｉｆｔ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｌａｗ ａｎｄ
Ｉｔｓ Ｉｍｐａｃｔ ｏｎ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
Ｄｕ Ｌｅｉ， Ｗａｎｇ Ｙｕｐｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｑｉｎｇｄａｏ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ?。玻叮叮担梗埃?Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ， ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｕｐｌｉｆｔ， ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｉｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈａｚａｒｄ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ， ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，
ｒｅｖｅａｌｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ． Ｉｔ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，
ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｏｔｔｏｍ ｕｐｌｉｆｔ ａｎｄ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ； ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ； ｕｐｌｉｆｔ； ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｆｉｎｉｔｅ
ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
?國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５１５７８３２７） ［作者簡介］ 杜　磊，碩士研究生，Ｅ?ｍａｉｌ：ｓｄｕｓｔｄｕｌｅｉ＠１６３． ｃｏｍ ［通訊作者］ 王育平，教授，Ｅ?ｍａｉｌ：ｗｙｐ１６１８＠１６３． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１５?０８?２１；［修訂日期］ ２０１６?０５?１６
０　引言
隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，地下空間的開發(fā)
與利用成為城市建設(shè)的主要方向。城市建設(shè)中遇
到越來越多的深基坑工程，且基坑開挖大多在城市
繁華地段，臨近道路、既有建筑物等地面結(jié)構(gòu)及地
鐵、隧道等地下工程［１］ ?；娱_挖，打破了土體的
應(yīng)力狀態(tài)，必然導(dǎo)致坑底土體回彈，土體發(fā)生變形
后將導(dǎo)致周圍建筑的應(yīng)力場和位移場發(fā)生變化，當(dāng)
變形超過一定限度時(shí)，將造成重大的工程事故，帶
來經(jīng)濟(jì)損失，直接危害民眾生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，
研究基坑變形及其對周圍建筑物的影響對預(yù)防和
控制施工災(zāi)害具有重要的意義。
目前，國內(nèi)外學(xué)者已從理論、數(shù)值仿真和現(xiàn)場
監(jiān)測角度對基坑隆起變形規(guī)律及其對周圍環(huán)境的
影響展開研究，如孫鈞［２］ 根據(jù)模型試驗(yàn)與實(shí)測數(shù)據(jù)
的對比分析，提出了判斷坑底失穩(wěn)的依據(jù)；劉燕［３］
結(jié)合某基坑工程，根據(jù)坑底回彈現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進(jìn)行曲
線擬合，提出基坑回彈深度的分區(qū)；楊國偉［４］ 研究
了基坑開挖引起的差異沉降下的附加內(nèi)力分布，提
出了不同類型建筑物的容許差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)；王
素霞［５］ 研究了基坑開挖引起的地表位移和變形規(guī)
律，以及開挖對既有建筑物的影響，建立了基于開
挖引起的地表沉降簡化計(jì)算模式的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法；
李志偉等［６］ 對基坑鄰近不同剛度建筑物的影響進(jìn)
行細(xì)化分析，結(jié)果表明對于剛度較大的建筑物，在
１?。埃?施工技術(shù) 第４５ 卷
基坑變形的影響下，主要表現(xiàn)為剛體運(yùn)動，而自身
內(nèi)部變形較小。
上述成果全面細(xì)致地分析了各種因素的影響，
為類似工程施工提供了指導(dǎo)，但不完全適用于軟土
地層上大面積開挖深基坑。以北京某深基坑工程
為背景，采用工程經(jīng)驗(yàn)和有限元模擬２ 種方法，預(yù)估
基坑隆起變形及其對周圍建筑物的影響，得出基坑
變形規(guī)律、地表沉降曲線圖及建筑物差異沉降規(guī)
律，確定施工過程中的最大危險(xiǎn)源，提出防控措施，
為類似工程的施工提供參考。
表１　土體物理力學(xué)參數(shù)
Ｔａｂｌｅ １　Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌ
序號
土層
名稱
土層厚度／
ｍ
密度／
（ｋｇ·ｍ －３ ）
加載模量／
ＭＰａ
卸載模量／
ＭＰａ
黏聚力／
ｋＰａ 泊松比
內(nèi)摩擦角／
（°） 孔隙率
１ 雜填土３． ０ １９． ５ ２． ０ １０ ８ ０． ２５ １０ ０． ４７
２ 粉細(xì)砂１０． ０ ２０． ５ ２５． ０ ４８ ０ ０． ４５ ３０ ０． ４９
３ 黏土８． ７ ２２． ０ ２０． ０ ２６ ４４ ０． ３５ ２５ ０． ５９
４ 卵石１１． ３ １９． ６ ６５． ０ ７２ ０ ０． ３５ ４５ ０． ５３
５ 中粗砂７． ０ ２２． ０ ４０． ０ ５８ ０ ０． ３０ ４０ ０． ４１
表２　殘余應(yīng)力理論計(jì)算基坑隆起
Ｔａｂｌｅ ２?。遥澹螅椋洌酰幔?ｓｔｒｅｓｓ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｕｐｌｉｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
Ｈ ／ ｃｍ ｈｉ ／ ｃｍ αｉ １ － αｉ σｖｉ ／ ＭＰａ σｈｉ ／ ＭＰａ σｍｉ ／ ＭＰａ σｚｉ ／ ＭＰａ Ｅｔｉ ／ ＭＰａ δｉ ／ ｃｍ
２００ ２００ ０?? ３１４ ０?? ６８６ ０?? １３９ ０?? ０９ ０?? ２８１ ０?? ２１８ １６?? ８２ ２?? ５９
４００ ２００ ０?? ３５４ ０?? ６４６ ０?? １９１ ０?? １２４ ０?? ３１３ ０?? ２０６ ２２?? ９５ １?? ７９
６００ ２００ ０?? ４２２ ０?? ５７８ ０?? ２５４ ０?? １７２ ０?? ３９５ ０?? １８４ ２８?? ７１ １?? ２８
８００ ２００ ０?? ５１８ ０?? ４８２ ０?? ３２６ ０?? ２４５ ０?? ３４５ ０?? １５４ ３２?? ２５ ０?? ９５
１ ０００ ２００ ０?? ６４０ ０?? ３６０ ０?? ４０５ ０?? ２７５ ０?? ４１０ ０?? １１５ ３５?? ６２ ０?? ６４
１ ２００ ２００ ０?? ７９０ ０?? ２１０ ０?? ４９４ ０?? ３７１ ０?? ４４２ ０?? ０８３ ４１?? ３８ ０?? ４２
１ ３６１ １６１ ０?? ９３８ ０?? ０６２ ０?? ５６８ ０?? ３８６ ０?? ４６３ ０?? ０２５ ５１?? ２４ ０?? ０８
　注：αｉ為第ｉ 層土的殘余應(yīng)力系數(shù)；σｖｉ ，σｈｉ為第ｉ 層土的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力；σｍｉ 為第ｉ 層土的平均固結(jié)應(yīng)力；σｚｉ 為第ｉ 層土的平均卸荷應(yīng)
力；Ｅｔｉ為第ｉ 層土的卸荷模量；δｉ為第ｉ 層土的最終隆起量
１　工程概況
某工程地處北京市東城區(qū)，基坑與既有建筑物的
具體位置關(guān)系如圖１ 所示。緊鄰基坑南側(cè)１?? ５ｍ 處為
一保護(hù)性古建筑，東側(cè)及東南側(cè)為財(cái)政部幼兒園，其
中東側(cè)幼兒園為地上２ 層且不帶地下室，東南側(cè)幼兒
園為地上３ 層?；铀幍氐耐馏w參數(shù)如表１ 所示。
基坑呈Ｌ 形，開挖長度４７ｍ，寬度４１ｍ，深度１５?? ５ｍ，圍
護(hù)結(jié)構(gòu)采用Ｃ３０ 混凝土? １ ０００ｍｍ＠１ ５００ｍｍ鉆孔灌
注樁，樁長１８?? ７ｍ。
２　工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)估法
深基坑開挖引起的坑底土體隆起變形是基坑
周邊土體變形產(chǎn)生的源頭，因此坑底隆起量的大小
是評價(jià)基坑穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。造成坑內(nèi)土體隆
起的主要原因有２ 種［７］ ，一是坑底土體在卸載后產(chǎn)
生豎向的彈性回彈；二是在不平衡力的作用下導(dǎo)致
支護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)產(chǎn)生位移，坑底土體受到擠壓，使
坑內(nèi)土體產(chǎn)生塑性隆起?；勇∑鸬耐瑫r(shí)，在周邊
產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，引起地面沉降，從而影響建筑
圖１　基坑與既有建筑物位置
Ｆｉｇ． １?。校欤幔?ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
物結(jié)構(gòu)的安全。文章根據(jù)劉國彬［８］ 提出的殘余應(yīng)
力理論以及王衛(wèi)東［９］ 提出的簡化分析法對軟土地
層的具體工程進(jìn)行分析，計(jì)算坑底的隆起量及地表
沉降值。
根據(jù)殘余應(yīng)力理論本工程基坑寬度Ｂ ＝４１ｍ ＞
２?? ５Ｈ ＝３８?? ７５ｍ，故定義為寬基坑。計(jì)算層厚度：
ｈｒ ＝ Ｈ
０． ０６１ ２Ｈ ＋ ０． １９ ＝ １３． ６１ｍ （１）
　　殘余應(yīng)力系數(shù)為α ＝ ０． ３ ＋ ０． ００３ ５ｈ２， 取靜止
土壓力系數(shù)Ｋ０ ＝ ０?? ６５，初始卸荷模量系數(shù)Ｅｕｉ
＝
１２５?? ５，土體破壞比Ｒｆ ＝ ＝ ０?? ８９。坑底隆起具體計(jì)
算結(jié)果如表２ 所示。
　　由表２ 可知，基坑最大隆起量為７?? ７５ｃｍ，地基
變形符合規(guī)范，可保證基坑施工過程中，基坑自身
的安全與穩(wěn)定。
假設(shè)不考慮基坑與周邊建筑物之間的相互作
用，即基坑周邊建筑物所在位置的地表沉降為該建
２０１６ Ｎｏ． １５ 杜　磊等：軟土地層深基坑隆起變形規(guī)律及其對周圍建筑物的影響 １?。埃?
筑物的沉降。采用簡化分析方法，計(jì)算靠近古建筑
一側(cè)的最大側(cè)向位移為δｈｍ ＝ ２８?? ４ｍｍ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公
式δｖｍ ＝０?? ８δｈｍ ＝２２?? ７２ｍｍ，最大沉降位于距離基坑
７?? ７５ｍ 處。根據(jù)墻后地表沉降統(tǒng)計(jì)分析曲線［１０］ ，得
到適用于本工程的近似地表沉降曲線如圖２ 所示，
并進(jìn)一步擬合出地表沉降方程：
ｙ ＝ ０． ３６ｘ６ － ５． ３３ｘ５ ＋ ３２ｘ４ － ９６． ５ｘ３ ＋
１４６． ３ｘ２ － ８８． ３ｘ － ４． ６ （２）
式中： ｘ 為地表某點(diǎn)到擋土墻的距離與基坑深度的
比值； ｙ 為地表某點(diǎn)的沉降值。
圖２　預(yù)測地表沉降曲線
Ｆｉｇ． ２　Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ
根據(jù)以上分析， 得到古建筑最大沉降為
１９?? ３ｍｍ，東側(cè)幼兒園最大沉降為１７?? ５ｍｍ，東南側(cè)幼
兒園最大沉降為１５?? ９ｍｍ。研究表明基坑開挖造成
建筑物附加變形量中與建筑物扭曲或開裂直接相
關(guān)的是角變量β［１１］ ，因此預(yù)估建筑物的附加變形主
要是確定β 的大小。假設(shè)建筑物的剛體轉(zhuǎn)動量為
０，根據(jù)下式計(jì)算角變量：
βｉｊ ＝ δｉ － δｊ
Ｌｉｊ （３）
式中：δｉ和δｊ分別為相鄰地表處的附加總沉降；Ｌｉｊ 為
相鄰地表兩點(diǎn)間的距離。
通過上式計(jì)算得到３ 大危險(xiǎn)源的最大角變量如
表３ 所示。
表３?。?大危險(xiǎn)源的角變量
Ｔａｂｌｅ ３　Ａｎｇｌｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｈａｚａｒｄ
角變量古建筑東側(cè)幼兒園東南側(cè)幼兒園
δｉ ／ ｍｍ １９?? ３ １７?? ５ １５?? ９ δｊ ／ ｍｍ １１?? ４５ １?? １ ０?? ８９ Ｌｉｊ ／ ｍ １１?? ９ ３４?? ９ ４５?? ６
β １／１ ５１６ １／２ １２８ １／３ ０３７
考慮到保護(hù)古建筑的安全，根據(jù)角變量與建筑
損壞程度的關(guān)系，選取容許角變量為１／５００，可以看
出各建筑物承受的最大角變量均小于建筑物容許
角變量，即在基坑施工過程中可保證建筑物的安
全。相對最大危險(xiǎn)源為古建筑，這是由于古建筑距
離基坑較近，受開挖擾動大，施工過程中應(yīng)對古建
筑重點(diǎn)監(jiān)測。
根據(jù)以上分析，采用工程經(jīng)驗(yàn)法預(yù)估，得出在
開挖過程中，可保證基坑自身安全及周圍建筑物安
全，符合施工規(guī)范。類似工程可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)
行簡化分析。
通過以上分析可以看出，基坑開挖對地表的影
響范圍為開挖深度的５ 倍距離。
３　數(shù)值模擬
３?? １　計(jì)算模型
本文采用ＭＩＤＡＳ／ ＧＴＳ 有限元軟件，對基坑開
挖全過程進(jìn)行動態(tài)模擬，分析基坑隆起變形、地表
沉降曲線及周圍建筑物的安全性，并將分析結(jié)果與
工程經(jīng)驗(yàn)法所得結(jié)果進(jìn)行對比分析。
工程土體參數(shù)如表１ 所示，假設(shè)土體屈服條件
滿足修正莫爾?庫侖模型。該模型是對莫爾?庫侖的
改進(jìn)，解決了莫爾?庫侖準(zhǔn)則由于尖角的存在使得數(shù)
值模擬難以收斂的難題。該模型由非線性彈性模
型和彈塑性模型組合形成，適用于卸荷等基坑工
程。考慮基坑開挖的影響范圍（５ 倍的開挖深度），
模型建立的范圍為東西方向１００ｍ，南北方向１００ｍ，
深度４０ｍ。模型上表面為自由邊界，施加１５ｋＰａ 的
施工荷載；底面約束節(jié)點(diǎn)在各方向的位移與速度，
其余４ 個(gè)側(cè)面約束其法向的位移與速度。計(jì)算模型
如圖３ 所示，共８９ ０６６個(gè)單元，６８ ４２０個(gè)節(jié)點(diǎn)。
圖３　計(jì)算模型
Ｆｉｇ． ３?。茫幔欤悖酰欤幔簦椋铮?ｍｏｄｅｌ
考慮開挖的時(shí)空效應(yīng)影響，模擬過程分６ 次開
挖，坑內(nèi)布置５ 道鋼筋混凝土支撐，支撐結(jié)構(gòu)靠立柱
承重。為提高開挖過程的安全性，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支
護(hù)，設(shè)置荷載釋放系數(shù)０?? ４，使得在開挖過程中（支
護(hù)前）地應(yīng)力僅釋放４０％。為簡化計(jì)算模型的建
立，做以下處理：①基坑兩側(cè)的支護(hù)樁按剛度等效
成１ｍ厚的地下連續(xù)墻，使用平面板單元來模擬；
②基坑內(nèi)外的土體加固主要通過改變土體的物理
力學(xué)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
３?? ２　計(jì)算結(jié)果分析
基坑開挖實(shí)際上是土體卸荷過程，最直接的結(jié)
果就是打破土體原有的應(yīng)力平衡，使其周邊的圍巖
１　０２ 施工技術(shù) 第４５ 卷
從二向（三向）應(yīng)力狀態(tài)變成單向（或二向）應(yīng)力狀
態(tài)，從而引起周圍地層的移動和變形，導(dǎo)致地面沉
降、坑底隆起等，對周邊環(huán)境造成不利影響。為明
確開挖過程中基坑及建筑物的變化，在坑底及建筑
物所在地表５ｍ 范圍內(nèi)布置監(jiān)測點(diǎn)，以監(jiān)測坑底隆
起及建筑物變形。監(jiān)測點(diǎn)如圖４ 所示。
圖４　監(jiān)測點(diǎn)位置
Ｆｉｇ． ４?。裕瑁?ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ
３?? ２?? １　基坑隆起變形分析
基坑開挖完畢后，坑底變形空間分布如圖５
所示。
圖５　開挖完成后坑底隆起變形
Ｆｉｇ． ５　Ｂｏｔｔｏｍ ｕｐｌｉｆｔ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
開挖完畢后，坑底最大隆起變形為４?? ９ｃｍ，符合
規(guī)范［１１］ 。由于地下連續(xù)墻與基坑四周土的摩擦作
用，使得四周隆起小于中部值，約為中間隆起量的
一半。數(shù)值計(jì)算過程中考慮了卸荷的影響，使得地
應(yīng)力在開挖過程中并未全部釋放，因此數(shù)值模擬結(jié)
果較工程經(jīng)驗(yàn)法得到的７?? ７５ｃｍ 小?；娱_挖深度
加大了隆起變形，坑底隆起隨開挖深度的變化如圖
６ 所示。從曲線來看，基坑最大隆起與開挖深度近
似呈指數(shù)關(guān)系，隨著開挖深度增加，基坑最大隆起
逐漸增大，且隆起速率在逐漸增大并趨于穩(wěn)定。
３?? ２?? ２　建筑物受基坑開挖影響的變形分析
根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，開挖完成后地表的空間分
布如圖７ 所示。建筑物變形隨開挖深度是一個(gè)緩慢
變化的過程，如圖８ 所示。對圖７，８ 進(jìn)行分析，可得
到以下結(jié)論。
１）開挖完畢后，古建筑最大沉降為１１?? １８ｍｍ，
圖６　坑底隆起量隨開挖深度的變化
Ｆｉｇ． ６?。裕瑁?ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｕｐｌｉｆｔ ｗｉｔｈ ｄｅｐｔｈ
ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
圖７　地表變形
Ｆｉｇ． ７　Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
圖８　建筑物沉降位移隨開挖深度的變化
Ｆｉｇ． ８?。拢酰椋欤洌椋睿?ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ
ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
緊靠基坑的一側(cè)有隆起，最大隆起量為７?? ５６ｍｍ，古
建筑承受的最大角變量為１／１ ４６７；東側(cè)幼兒園最大
沉降為９?? ７９ｍｍ，緊靠基坑一側(cè)有隆起，最大隆起量
為３?? １４ｍｍ，承受的最大角變量為１／２ ６９９；東南側(cè)幼
兒園最大沉降為７?? ６８ｍｍ，最小沉降為０?? ３３ｍｍ，所
承受的最大角變量為１／６ ２０３。取建筑物容許角變
量為１／５００，則基坑開挖過程中可保證所有建筑物
安全，相對最大危險(xiǎn)源為古建筑，這與工程經(jīng)驗(yàn)法
所得結(jié)果一致。
２）緊靠基坑的地表有隆起現(xiàn)象；在基坑拐點(diǎn)處
地表沉降表現(xiàn)出明顯的角隅效應(yīng)，即基坑任一方向
的２ 個(gè)角點(diǎn)會對墻后土體沉降起到約束作用，使得
２０１６ Ｎｏ． １５ 杜　磊等：軟土地層深基坑隆起變形規(guī)律及其對周圍建筑物的影響 １　０３
沉降變小。因而建筑物最大沉降并非產(chǎn)生在緊靠
基坑的位置，而是距離基坑約８ｍ 范圍處，這與工程
經(jīng)驗(yàn)法得到的結(jié)果較為接近。
３）３ 棟建筑物的沉降值隨開挖深度的變化均先
減小后增大，并趨于穩(wěn)定。古建筑位于基坑南側(cè)，
建筑走向與基坑南側(cè)邊緣平行，東側(cè)幼兒園緊鄰基
坑?xùn)|側(cè)，建筑走向與基坑?xùn)|側(cè)邊緣平行，兩者沉降
變化趨勢一致。東南側(cè)幼兒園在基坑開挖過程中，
沉降近似呈線性增大，最終沉降較其他建筑物小，
可能原因是離基坑較遠(yuǎn)，受基坑開挖擾動小。
數(shù)值分析計(jì)算建筑物的沉降比工程經(jīng)驗(yàn)的計(jì)
算結(jié)果小，這是因?yàn)閿?shù)值分析考慮了土體與建筑物
之間的相互作用。建筑物具有一定的剛度，即具有
一定的抵抗變形的能力，其剛度的影響使得實(shí)際的
沉降小于自由地表的沉降。
３?? ３　土體加固后變形分析
通過以上分析，相對最大危險(xiǎn)源為古建筑，為
有效保護(hù)建筑物，使其變形盡可能小，對基坑底部
以下２ｍ 范圍內(nèi)，古建筑與基坑之間１?? ５ｍ 的土體進(jìn)
行注漿加固。加固后土體的加卸載模量較加固前
提高一個(gè)數(shù)量級。加固前后坑底隆起、建筑物變形
如圖９，１０ 所示。由圖９，１０ 可以看出：①注漿加固
土體后，基坑最大隆起為７?? ４ｍｍ，減?。福?? ９％。土
體加固后，坑底隆起量隨開挖深度由指數(shù)關(guān)系近似
變?yōu)榫€性關(guān)系。②注漿前后，建筑物變形趨勢不
變，但變形量顯著減小且沉降量變化起伏較小，沉
降較為穩(wěn)定。古建筑最終沉降為５?? ４ｍｍ， 減小
５１?? ６％；東側(cè)幼兒園最終沉降６?? ５ｍｍ，減小３３?? ６％；
東南側(cè)幼兒園最終沉降５?? ３ｍｍ，減小３１?? １％。③注
漿加固對減弱基坑隆起和地表沉降具有顯著的作
用，這也直接影響到建筑物的變形。
圖９　坑底與東南側(cè)幼兒園在加固前后變化
Ｆｉｇ． ９?。拢铮簦簦铮?ａｎｄ ｓｏｕｔｈｅａｓｔ ｋｉｎｄｅｒｇａｒｔｅｎ ｃｈａｎｇｅ
ａｆｔｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
４　結(jié)語
１）工程經(jīng)驗(yàn)法選取參數(shù)簡單，計(jì)算結(jié)果合理，
類似工程可運(yùn)用該法進(jìn)行簡化分析計(jì)算。通過分
圖１０　古建筑和東側(cè)幼兒園在加固前后變化
Ｆｉｇ． １０?。粒睿悖椋澹睿?ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｎｄ ｅａｓｔｅｒｎ ｋｉｎｄｅｒｇａｒｔｅｎ
ｃｈａｎｇｅ ａｆｔｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
析得出隨著計(jì)算深度的增加，隆起量逐漸增大但增
幅減小的結(jié)論；擬合了地表沉降曲線，提出了自由
地表沉降方程。
２）數(shù)值分析考慮了基坑與建筑物之間復(fù)雜的
關(guān)系，預(yù)測的結(jié)果更為準(zhǔn)確。通過分析得出坑底隆
起與開挖深度之間呈指數(shù)關(guān)系；模擬過程設(shè)置ＬＤＦ
釋放系數(shù)，能有效控制基坑的隆起。
３）采用建筑物的角變量對其進(jìn)行定性評價(jià)，兩
種方法均顯示，在基坑開挖過程中，建筑物處于安
全穩(wěn)定狀態(tài)，相對最大危險(xiǎn)源為古建筑，施工過程
中應(yīng)需對其重點(diǎn)保護(hù)。
４）土體注漿加固對減弱基坑隆起、地表沉降具
有顯著的作用。
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