您的位置： 基坑变形包括支护结构变形、坑底隆起和基坑周围地层移动。基坑周围地层移动是基坑工程变形控制设计中的首要问题，有不少工程因支护结构变形过大，导致围护结构破坏或围护结构虽未破坏但周围建筑物墙体开裂甚至倒塌的严重后果。故有必要讨论地层移动机理及支护结构变形、坑底隆起机理。
基坑开挖过程是基坑开挖面卸荷的过程，由于卸荷而引起坑底土体产生向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧压力差的作用下而产生水平位移，因此产生基坑周围地层移动。大家公认，基坑开挖引起基坑周围地层移动的主要原因是坑底土体隆起和围护墙的位移。下面讨论这两种主要原因。
A. 坑底土体隆起；坑底隆起是垂直向卸荷而改变坑底土体原始应力状态的反应。在开挖深度不大时，坑底土体在卸荷后发生垂直的弹性隆起。当围护墙底为清孔良好的原状土或注浆加固土体时，围护墙随土体回弹而抬高。坑底弹性隆起的特征为坑底中心部位隆起最高，而且坑底隆起在开挖停止后很快停止。这种坑底隆起基本不会引起基坑周围地层的移动。随着开挖深度增加，基坑内外的土面高差不断增大，当开挖到一定深度，基坑内外土面高差所形成的加载和地面各种超载的作用就会使围护墙外侧土体产生向基坑内移动，使基坑坑底产生向上的塑性隆起。同时在基坑周围产生较大的塑性区，并引起地面沉降。Mana(美)于1981年在旧金山的勒威斯特拉斯大楼，按不同开挖深度以理论预测，作出了软粘土基坑随开挖深度的增加基坑周围土体移动矢量场及塑性区分布图(详见图1－1)。
另外，也应看到，基坑开挖后，墙体向基坑内移动，当基底面以下部分的墙体向基坑方向移动时推挤墙前的土体，造成基底隆起。
基底隆起量的大小是判断基坑稳定性和将来建筑物沉降的重要因素之一。基坑隆起量的大小除和基坑本身特点有关外，还和基坑内是否有桩、基底是否加固、基底土体的残余应力等密切相关。因此，计算基底隆起量的方法虽然很多，但多数方法的计算结果和实测值相差较大。如：日本规范公式、（同济大学）模拟实验经验公式[2]
B. 围护墙的位移：围护墙墙体的变形从水平向改变基坑外围土体原始应力状态而引起地层移动。基坑开始开挖后，围护墙便开始受力变形。在基坑内侧卸去原有土压力时，在墙体外侧则受到主动土压力。而在基坑的围护墙内侧则受到全部或部分被动土压力。由于总是开挖在前，支撑在后，所以围护墙在开挖过程中，安装每道支撑以前总是已发生一定的先期变形。一般挖到设计坑底标高时，墙体最大位移发生在坑底面上1~2m处。围护墙的位移使墙体主动土压力区和被动土压力区的土体发生位移。墙外侧主动土压力区的土体向坑内水平位移，使背后土体水平应力减小，以致剪应力增大，出现塑性区，而在基坑开挖面以下的墙内侧被动土压力区的土体向坑内水平位移，使坑底土体加大水平向应力，以致坑底土体增大剪应力而发生水平向挤压和向上隆起的位移，在坑底处形成局部塑性区。而围护墙水平位移与围护墙外侧地面沉降的比值，以及沉降大小与沉降范围的关系，则可大体示于图1-2。从图1-2中可以看出：墙体位移量小时，墙侧地面最大沉降量约为墙体位移的70%或更小，由于墙体位移小，墙外侧与土体间摩擦力可以制约土体下沉，故靠近围护墙处的沉降量很小，沉降范围小于2倍开挖深度；而当墙体位移量大时，地面最大沉降量就与墙体位移量相等，此时墙外侧与土体间摩擦力已丧失对墙后土体下沉的制约能力，所以最大沉降量发生在紧靠围护墙处，沉降范围大于4倍开挖深度。因此，同样地质条件和开挖深度下，深基坑周围地层变形范围及幅度，因墙体的变形不同而有很大差异，墙体变形往往是引起周围地层移动的重要原因。
2、工程实例分析
2.1 工程概况
拟建建筑物泰达图书馆周围环境较为复杂，被四条街道所包围，四周相邻街道为柏油路并存在地下管线，西侧为开发区投资服务中心办公楼，地下一层，是开发区对外交流的窗口；东侧为泰达学院住宅(桩基基础六层砖混)；北靠第三大街，南临宏达路，南北两侧虽为空旷绿地，但地下有重要管线通过。
支护设计采用钢筋混凝土灌注桩围护，大直径混凝土格构环梁支撑组合。坑深6~10m,基坑面积17000m2，环梁直径110m以上。
根据中国地质科学院工程勘察院天津工程处提供的泰达图书馆岩土工程勘察报告可知：深3~6m范围为杂填土、素填土、粘土，土层水平方向分布不均匀；向下11m范围土层分布较均匀，并且由流塑状态的淤泥质粘土组成，土质的粘聚力和摩擦角指标分别为9KPa、4°，天然含水率47%以上，压缩模量约2.5MPa，再向下有3m左右的粘土层，土质的粘聚力和摩擦角指标分别为14.3KPa、5.2°，天然含水率39%以上，压缩模量约3.3MPa，再向下有2m左右的粉土层和粘土层，土质的粘聚力和摩擦角指标较好，天然含水率降至19%和33%，压缩模量上升至12.9和4.4MPa，可作为围护桩端的嵌固层。场地地下水属潜水型，平均埋深1.5m。
2.2 基坑周围地层移动实测结果与分析
变形观测方法：围墙范围内在基坑四周硬化地面上各选取一个点打入射钉作为沉降观测点，围墙外在市政道路路牙（距基坑6~8m）上用红油漆标识作为沉降观测点，采用水准仪进行观测。
实测结果：距基坑2~3m范围内，沉降值较大，在40~80mm范围之间，比计算值（25mm）大，硬化地面已经断开；道路路牙距基坑5~6m范围内，土体沉降值在8~12mm之间，比计算值（17mm）小，西侧建筑距基坑约15m范围内，沉降最大值3.44mm，东侧建筑距基坑约30m范围内，沉降值很小，可忽略不计；以往对基坑周围地面变形的研究很少，计算多采取分层总和法估算。显然实测值与计算值相差较大(详见图2-1)。
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