陳越楠

摘 要：近年來城市發(fā)展加快，建設(shè)用地需求加大，對(duì)土地的需求日益突出。如何解決城市建設(shè)用地的供應(yīng)和需求之間的矛盾，是我們要面對(duì)的一個(gè)棘手的問題。實(shí)踐表明，在國內(nèi)外，特別是人口密集，土地資源相對(duì)緊張的城市圈，地表空間日趨飽和的條件下，合理有秩序的城市地下空間開發(fā)，走可持續(xù)的發(fā)展道路城市，是為了解決城市建設(shè)用地的需求矛盾與走可持續(xù)發(fā)展道路之間的一種有效手段。

關(guān)鍵詞：地基；建筑；隧道

自進(jìn)入21世紀(jì)后，城市地下空間開發(fā)項(xiàng)目與隧道開挖工程進(jìn)入了一個(gè)前所未有的重要發(fā)展時(shí)期。世界各大城市已經(jīng)開發(fā)和利用地下空間的各種用途，例如地鐵、車庫、高層建筑地下室、地下商場(chǎng)和醫(yī)院、地下倉庫，地下人防工程和各種民用工業(yè)設(shè)施，因此深基坑工程的大量增加。特別是在中國，無論在規(guī)模和數(shù)量上均超過工程技術(shù)水平發(fā)達(dá)的一些國家。地下空間的發(fā)展趨勢(shì)日益增多，同時(shí)也顯現(xiàn)出大量的工程問題，特別是在施工環(huán)境復(fù)雜的城市的中心，例如密集的地面建筑物，復(fù)雜的地下管線。因此將不可避免地進(jìn)行交叉施工或鄰近條件下作業(yè)。新的地下工程設(shè)施建設(shè)可能引起地表隆起、塌陷、水平位移，很可能影響地面現(xiàn)有建筑工程結(jié)構(gòu)安全和正常使用性能。而且大多數(shù)的深基坑工程地理位置都較特殊，建筑密集，變形影響敏感。如果在這些深基坑施工過程不注意，在基坑開挖時(shí)變形量過大，會(huì)產(chǎn)生附加的撓度及彎矩到現(xiàn)有的建筑物樁基礎(chǔ)上，造成建筑物出現(xiàn)裂縫，甚至建筑物倒塌，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

實(shí)際上，已經(jīng)有一大批的學(xué)者及工程技術(shù)人員進(jìn)行土體開挖環(huán)境效應(yīng)方面的研究。2001年在英國倫敦，巖土工程界諸多專家學(xué)者舉辦了針對(duì)隧道、深基坑開挖等條件對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)的響應(yīng)規(guī)律特點(diǎn)、破壞預(yù)測(cè)方法和控制措施等的學(xué)術(shù)方面研討會(huì)，說明國際學(xué)術(shù)界和工程界高度重視該方面的研究現(xiàn)狀和學(xué)科發(fā)展情況。在接下來的十內(nèi)，國內(nèi)外的學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)鄰近建筑物在開挖情況下受到的響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了廣泛的研究以及報(bào)告，大部分采用數(shù)值計(jì)算和簡(jiǎn)化的理論方法對(duì)開挖引起的土體應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律和位移場(chǎng)的分布規(guī)律、地面沉降預(yù)測(cè)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形計(jì)算、土體變形引起地基的附加內(nèi)力及位移進(jìn)行了討論，揭示出了這些問題的一般規(guī)律和特點(diǎn)。

然而，這些研究結(jié)果并不能解決工程中所有的問題，近年來在國內(nèi)外發(fā)生了一些因開挖隧道或開挖基坑導(dǎo)致鄰近建筑物倒塌工程事故。例如：北京地鐵十號(hào)線工程滑坡坍塌6人被埋；深圳地鐵三號(hào)線的建設(shè)工地坍塌引起人員傷亡，并造成周圍建筑物的順壞；杭州地鐵一號(hào)線附近地面出現(xiàn)大面積的沉降和坍塌超過50人被埋，造成鄰近建筑物嚴(yán)重?fù)p壞，影響了整個(gè)工程界。這些工程事故有相當(dāng)一部分是由于施工現(xiàn)場(chǎng)管理不當(dāng)，遇到了異常的水文地質(zhì)或施工人員由于缺乏敬業(yè)精神引起的。但不排除對(duì)問題缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，對(duì)鄰近建筑物的附加響應(yīng)預(yù)測(cè)不準(zhǔn)而導(dǎo)致工程事故發(fā)生。

因此，在深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工過程中，如何有效地限制由于深基坑開挖而引起的土體位移，減小土體變形對(duì)臨近建筑物樁基的影響，這些已成為巖土工作人員非常關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。

在土木工程施工中，基坑及地下開挖是一直一個(gè)傳統(tǒng)的主題。且它是一個(gè)非常復(fù)雜的巖土工程課題，涉及土力學(xué)中的強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題，還有變形的問題，還涉及到土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)作用關(guān)系。深基坑開挖時(shí)不但要保證基坑本身的安全與穩(wěn)定，而且還要控制基坑周圍地層位移，有效保護(hù)周邊環(huán)境。在比較好的地層，周圍地層在基坑開挖的影響下變形小，若控制適當(dāng)，不影響周圍的城市環(huán)境，但是在軟土層，特別是在軟土層的城市建設(shè)中，由于地層的復(fù)雜性，若進(jìn)行基坑開挖則會(huì)產(chǎn)生較大的變形，將會(huì)嚴(yán)重影響接近深基坑周圍建筑物、地下管線、道路等市政設(shè)施，所以這是一個(gè)非常復(fù)雜且具有風(fēng)險(xiǎn)的工程項(xiàng)目。

目前，隨著工程建設(shè)進(jìn)程加快深基坑工程開挖深度逐漸增大，實(shí)際上增大了基坑工程的施工難度及風(fēng)險(xiǎn)。通?；庸こ淘诔鞘薪ㄖ锖腿丝诰幼〕砻艿牡貐^(qū)，基坑開挖導(dǎo)致地層土體移動(dòng)，移動(dòng)土體對(duì)鄰近建筑物樁基礎(chǔ)產(chǎn)生附加撓度及彎矩，若位移很大則會(huì)導(dǎo)致建筑物或構(gòu)筑物的破壞。本課題研究，從本質(zhì)上講屬于開挖卸荷對(duì)樁基礎(chǔ)的橫向和縱向的位移的影響，即被動(dòng)樁。

基坑開挖對(duì)鄰近既有建筑的影響包括許多方面，有一些研究較深的并制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。但是在基坑開挖對(duì)鄰近樁基荷載的影響方面的研究相比較還不完善，還沒有任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。很重要的原因是基坑、土體及現(xiàn)有的樁基相互作用的問題有其獨(dú)特的力學(xué)原理及研究難點(diǎn)。

（1）坑開挖引起位移，不僅在地層表面附近會(huì)對(duì)樁基應(yīng)力、變形的影響較大，且深層土體位移變化也將直接影響樁基礎(chǔ)?，F(xiàn)在對(duì)基坑工程的深部土體位移計(jì)算理論研究相對(duì)少；

（2）通常在基坑或隧道開挖前，鄰近樁基已經(jīng)處于較大荷載狀態(tài)，當(dāng)開挖附近的土體后發(fā)生非均勻地層位移，引起樁端阻力和樁側(cè)摩阻力重新分布，其中一些樁可能在卸荷的狀態(tài)，與其它一些則可能在繼續(xù)加荷的狀態(tài)下。地下管道等基本不能承受大的外荷載，基坑開挖引起的地層位移對(duì)管線的內(nèi)力是可以忽略的。在這一點(diǎn)上，可以認(rèn)為其處于初始加載階段，沒有卸加載的問題；

（3）樁基礎(chǔ)是一種豎直方向的承載構(gòu)件，樁-土之間的摩擦阻力提供了很大一部分的承載力，若荷載或非均質(zhì)地層位移較大，樁和土之間會(huì)發(fā)生明顯的滑移現(xiàn)象。但對(duì)于地下管線等結(jié)構(gòu)與土的界面則不會(huì)發(fā)生滑移

（4）樁基礎(chǔ)受較大軸向荷載作用下，若地層發(fā)生水平位移，可引起樁體明顯的彎曲（撓曲），在軸向力的作用下，可產(chǎn)生不可忽視的偏心力矩加重樁身撓度。因此對(duì)于豎直方向荷載的被動(dòng)樁必須考慮橫向變形綜合效應(yīng)的影響；

（5）樁表現(xiàn)為群樁的形式，在樁基礎(chǔ)的頂部通常具有剛性帽，地層位移的影響下群樁綜合效果明顯，還涉及樁承臺(tái)及樁身受荷的協(xié)調(diào)問題。由于施工方法不同，不同的樁-土界面剪切滑移特性的差異大，在理論分析時(shí)相對(duì)難處理。

綜上所述，目前對(duì)基坑、土體和鄰近樁基相互作用的力學(xué)機(jī)制和難點(diǎn)的研究還不夠完善。目前所采用的基坑鄰近樁基工程施工過程中的地層位移控制標(biāo)準(zhǔn)也缺乏相關(guān)理論依據(jù)。如：較小安全系數(shù)的樁基礎(chǔ)（圖1所示），當(dāng)在主動(dòng)荷載作用的情況下，很大部分的樁側(cè)和樁端土達(dá)到塑性狀態(tài)，這時(shí)基坑開挖將發(fā)生不均勻地層位移而引起很大的沉降。在較大安全系數(shù)的基礎(chǔ)（圖2所示），當(dāng)在主動(dòng)荷載作用的情況下，樁側(cè)和樁端土則處于彈性狀態(tài)，這時(shí)基坑開挖，樁體下部的承載力可有效發(fā)揮以平衡基坑底面以上樁段的荷載減少量，樁體沉降相對(duì)會(huì)小得多。

基坑開挖對(duì)附近荷載樁基的影響是比較復(fù)雜的，在以前的研究中，基坑開挖引起的土體水平和豎直向位移，獨(dú)立分析其對(duì)樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的影響或忽略樁頂?shù)募扔泻奢d。但在樁基礎(chǔ)的受荷載的情況下，樁頂?shù)暮奢d將產(chǎn)生偏心的力矩，將引起更大的水平彎曲（撓曲）。總之對(duì)于不同情況的樁基工程，應(yīng)考慮樁基礎(chǔ)與初始荷載狀態(tài)，樁-土界面的實(shí)際承載性能及側(cè)向和豎向變形的綜合效應(yīng)，建立一個(gè)科學(xué)分析預(yù)測(cè)的研究方法，針對(duì)不同的樁基分析，以便建立符合實(shí)際應(yīng)用的地層位移控制標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)和施工中做出更正確的決策和技術(shù)應(yīng)變措施。

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