深基坑开挖导致地表及临近建筑物沉降的计算方法综述.doc

1、深基坑开挖导致地表及临近建筑物沉降的计算方法综述摘要：深基坑开挖将不可避免地引起周围地基土体的变形，在城市建（构）筑物和地下埋管（沟）设施密集区的深基坑开挖工程，除了要保障基坑自身的安全之外，有效控制基坑邻近建（构）筑物和埋管（沟）设施的变形也是决定其成败的关键。而深基坑开挖导致临近地表沉降的分析法主要有经验简化分析法、数值模拟法等，如果能在上述方法中考虑到临近建筑物的存在将会对基坑工程产生非常大的经济效益和社会效益。 关键词：深基坑开挖；经验简化分析法；数值模拟法 中图分类号：TU74 文献标识码：A 1 引言 近年来随着中国经济的高速发展，城市建设规模不断扩大，高层建筑和地下交通工程建设面

2、临大量的深开挖问题，基坑工程向着更大、更深、更复杂的方向发展。在软土地区（如天津、上海、福州等沿海地区）的城市建设中，由于地层的软弱复杂，进行基坑开挖往往会产生较大的变形，严重影响紧靠深基坑周围的建筑物、地下管线、交通干道和其它市政设施1。 2 国内外研究现状 对于基坑变形的估算方法主要分为经验简化分析法、数值计算法。经验简化分析法和来自于对基坑变形机理的理论研究和多年来国内外基坑工程实测数据的统计。经验简化分析法适合于对基坑的变形做出快速估计并为基坑设计与施工中的变形控制提供理论和实测依据。数值模拟计算方法主要是采用平面有限元法或者空间有限元法模拟基坑工程的施工全过程。 2.1 经验简化分析

3、法的研究 王建华等2（2007）等人提出实测资料统计分析按基坑案例的来源范围可以分为两种方法，一种是大范围内的基坑，给出基坑的一般变形规律；另一种是分析小范围（区域）内的基坑，如上海软土地区的基坑变形特性研究。通过对上海地区 31 个支护结构与主体地下结构相结合深基坑案例的分析了围护结构最大侧移与开挖深度之间的关系，提出基坑的最大侧移基本介于 0.1%H 和 0.6%H 之间，所有基坑的最大侧移平均值为 0.25%H。 徐中华等3（2009）提出无量纲化的概念，提出了无量纲化的最大侧移 hm/H 与开挖深度之间的关系，指出无量纲化最大侧向位移随着开挖深度的增大而减小。分析了墙底以上软土厚度对无

4、量纲化最大侧向位移的影响，墙底以上软土厚度对无量纲化最大侧向位移的深度位置的影响。 上述文献对基坑开挖导致的围护结构变形性状、以及坑后地表的沉降曲线形态的研究比较深入，并且对两者之间的相互关系研究的也比较深入，但是对于邻近建筑物沉降的研究比较少，基坑开挖往往对建筑物差异沉降造成的影响比地表沉降造成的影响更大。 2.2 数值模拟法的研究 目前变形分析主要是采用经验简化分析法和数值模拟分析方法。数值模拟方法极大程度上依赖于合理的参数选择、准确的参数获取、能够较好描述土变形的本构模型以及施工过程的合理模拟、空间效应的考虑等因素。 郑刚等4（2012）在考虑土体的小应变现象及建筑物初始变形的基础上，使

5、用 Plaxis 3D Foundation 软件并使用 HSS 模型对基坑开挖及坑边建筑物进行模拟。结果表明：对于纵墙垂直于基坑边，且跨越坑外沉降槽最低点时，墙体产生的下凹挠曲变形与建筑物的初始变形趋势相同，当纵墙垂直于基坑边，且处于坑外土体上凸区域是，初始挠曲与基坑开挖产生的挠曲变形趋势相反，此时不考虑建筑物的初始变形则是偏于保守的。当建筑物部分处于下凹区、部分处于上凸区时，对于建筑物的下凹区部分也应考虑其初始变形的影响。 目前 Plaxis 5有限元软件对于模拟基坑开挖效果比较好，Plaxis 2D 比较适合模拟规则形状的基坑开挖，而 Plaxis 3D Foundation 则比较适合

6、模拟不规则形状的基坑开挖。该数值模拟软件的主要难点在于土体变形本构模型6 7的选取、本构模型中参数的合理选取以及基坑周围建构筑物模型参数8 9的选取。 3 需要解决的问题 广大学者对基坑开挖引起的围护结构变形以及周边地表沉降在经验简化分析法、半经验半理论分析法、数值模拟法三种方法上都做了较为深入的分析，但是对于邻近建筑物的沉降及变形并没有过多的研究。大多数学者在进行分析的时候都将其建筑物的影响忽略，直接简化成地表沉降。虽然郑刚在其数值模拟中考虑了基坑开挖对建筑物的影响，但是并没有分析围护结构的变形性状。然而，在实际工程中应用中，经验简化分析法往往非常实用，如果将建筑物的影响纳入其中并进行研究，

7、同时将其与数值模拟相比较，其工程意义将非常重大。 参考文献： 1刘国彬，王卫东. 基坑工程手册 M. 北京：中国建筑工业出版社，2009 2 王建华，徐中华，王卫东. 支护结构与主体地下结构相结合的深基坑变形特性分析J. 岩土工程学报，2007，29（12）：1899-1903. 3江晓峰，刘国彬，张伟力，李翔宇. 基于实测数据的上海地区超深基坑变形特性研究J. 岩土工程学报，2010，32（增刊 2）：570-573. 4徐中华，王建华，王卫东. 软土地区采用灌注桩围护的深基坑变形性状研究J. 岩土力学，2009，30（5）：1362-1366. 5Peck R. B. . Deep exc

8、avation and tunneling in soft ground A . In proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering，Satate-of-the-Art-VolumeC . Mexico Ctiy，1969，pp：225-290. 6Adbulaziz I.Mana，G.Wayne Clough. Prediction of movement for braced cuts in clay J . Journal of Geotechnic

9、al Division，1981,107（GT6）：759-777. 6龚东庆，郑渊仁. 硬化土体模型分析基坑挡土壁与地盘变形的评估J. 岩土工程学报，2010，32（增刊）：175-178. 7郑刚，李志伟. 考虑初始不均匀沉降的建筑物受基坑开挖影响的有限元分析J. 岩土力学，2012，33（8）：2491-2499. 8郑刚，李志伟. 基坑开挖对邻近任意角度建筑物影响的有限元分析J. 岩土工程学报，2012，3（4）：615-624. 9BRINKGREVE R B J，SWOLFS W M，BEUTH L，et al. Plaxis 3D foundation material models manual version 2M. Delft：Plaxis Bv，2007. 作者简介：芮科(1988)，男，江苏溧阳人，硕士研究生，从事岩土工程研究和建筑工程教学工作。