高億文， 李明廣， 陳錦劍

(上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市中的建(構(gòu))筑物愈發(fā)密集，建(構(gòu))筑物由于自重而產(chǎn)生地面超載，使得附近土體的應(yīng)力分布發(fā)生改變.當(dāng)在建(構(gòu))筑物附近進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受到的土壓力不對(duì)稱，基坑的受力和變形特性發(fā)生變化.已有的基坑實(shí)測(cè)結(jié)果表明，臨近建(構(gòu))筑物的超載會(huì)對(duì)基坑產(chǎn)生不利影響[1-3]，嚴(yán)重時(shí)還可能引起基坑破壞[4].為確保基坑施工安全，設(shè)計(jì)時(shí)常常增大近超載側(cè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度，這使得部分基坑中近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度大于無(wú)超載側(cè)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不對(duì)稱性，進(jìn)一步影響基坑的受力和變形.尤其對(duì)于狹窄基坑而言，兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)通過(guò)內(nèi)支撐相互影響，使得基坑受力和變形特性更為復(fù)雜.因此，研究超載作用下非對(duì)稱圍護(hù)結(jié)構(gòu)基坑的受力變形特性對(duì)保護(hù)基坑及其周邊環(huán)境的安全具有重要意義.

近年來(lái)，已有學(xué)者結(jié)合實(shí)際工程案例研究了地面超載對(duì)基坑的影響.劉國(guó)彬等[5]基于經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)理論提出將估計(jì)超載轉(zhuǎn)化為估計(jì)增加的開(kāi)挖深度.孫凱等[6]從設(shè)計(jì)、施工等方面多角度探討了湖南大廈深基坑工程在臨近建筑物超載情況下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形受力特性，認(rèn)為臨近超載基坑開(kāi)挖應(yīng)當(dāng)采取嚴(yán)格的控制措施以減小基坑變形.謝秀棟[7]將數(shù)值模擬與實(shí)際工程相結(jié)合，揭示了超載對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響隨深基坑開(kāi)挖深度的增加而增大.張國(guó)亮[8]通過(guò)計(jì)算指出基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在超載下會(huì)發(fā)生遠(yuǎn)離超載的偏轉(zhuǎn)，使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形受力特性發(fā)生本質(zhì)上的改變.Xu等[9]通過(guò)對(duì)不對(duì)稱荷載下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的研究指出兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形特性均在荷載影響下發(fā)生改變，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性與基坑的寬度有關(guān).現(xiàn)有研究缺乏對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱基坑整體變形特性的相關(guān)研究，尤其是對(duì)于狹窄基坑，尚無(wú)對(duì)遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在超載下的變形受力特性的系統(tǒng)研究.因此，本文將對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱狹窄基坑超載下的整體變形特性進(jìn)行深入分析.

基于廈門地區(qū)某基坑工程案例典型斷面，建立兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度不同的狹窄基坑數(shù)值分析模型，研究超載作用下非對(duì)稱圍護(hù)結(jié)構(gòu)基坑變形以及附近土體應(yīng)力的變化，并將理論分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，研究結(jié)論可為后續(xù)同類工程設(shè)計(jì)和施工提供參考.

圖1 基坑截面示意圖(m)

1 分析模型與參數(shù)

1.1 模型假設(shè)

根據(jù)廈門地區(qū)某公路隧道基坑工程，假設(shè)長(zhǎng)條形基坑的典型斷面如圖1所示，其中d為土體層厚.基坑寬度為20 m，開(kāi)挖深度H0為13 m.圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8 m厚的地下連續(xù)墻，自上而下設(shè)1道混凝土支撐和2道鋼支撐.混凝土支撐截面為900 mm×900 mm，鋼支撐直徑為609 mm，鋼管厚度為12 mm.將坑外鄰近建(構(gòu))筑物的影響等效為地面荷載q[9]，超載施加于圍護(hù)結(jié)構(gòu)左側(cè)，其與基坑圍護(hù)凈距離為L(zhǎng).因此，左側(cè)為近超載側(cè)，右側(cè)為遠(yuǎn)超載側(cè).考慮基坑兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深度不同，其底部深度分別為H1以及H2，當(dāng)H1=H2時(shí)為對(duì)稱圍護(hù)結(jié)構(gòu).地層分布參考廈門地質(zhì)條件.

1.2 分析模型及參數(shù)

對(duì)圖1中的基坑典型斷面進(jìn)行二維數(shù)值分析，采用Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions (FLAC3D)進(jìn)行模擬.基坑與兩側(cè)邊界距離取5倍開(kāi)挖深度，模型底邊界距坑底按4倍開(kāi)挖深度取為47 m，模型的底邊界位移全約束，左右邊界約束水平位移.圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Liner單元，支撐采用Beam單元，巖土體采用實(shí)體單元，數(shù)值模型如圖2所示.

對(duì)于結(jié)構(gòu)單元，圍護(hù)墻以及支撐均考慮為線彈性材料，混凝土和鋼的彈性模量分別為31.5 GPa和200 GPa，泊松比分別為0.2與0.3.

對(duì)于土體，由于基坑周圍土體的變形響應(yīng)具有明顯的小應(yīng)變特性[10-11]，土體本構(gòu)采用考慮小應(yīng)變剛度的修正Mohr-Coulomb模型[12-13].采用Benz等[11]改進(jìn)的Hardin-Drnevich關(guān)系近似描述剪應(yīng)變和切線剛度模量之間的關(guān)系為

(1)

式中：G為剪切模量；G0為土的小應(yīng)變剪切模量；γs為剪應(yīng)變；γ0.7為G=0.7G0時(shí)對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)變；a為常系數(shù).

各土層計(jì)算參數(shù)如表1所示，其中：μ為泊松比；c為黏聚力；φ為內(nèi)摩擦角；E0為初始彈性模量；Emin為大應(yīng)變范圍的彈性模量；W為重度.

圖2 數(shù)值模型

表1 數(shù)值分析中的土層參數(shù)

1.3 施工工況

根據(jù)實(shí)際施工工況，數(shù)值模擬的計(jì)算步如下.

第1步：平衡地應(yīng)力，考慮鄰近超載的作用歷史，在這一階段施加q；

第2步：開(kāi)挖至-1 m；

第3步：施工第1道鋼筋混凝土支撐，開(kāi)挖至 -6 m；

第4步：施工第2道鋼支撐，開(kāi)挖至 -10 m；

第5步：施工第3道鋼支撐，開(kāi)挖至坑底(-13 m).

2 不同超載及嵌固深度下基坑受力變形的數(shù)值結(jié)果及其分析

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度影響分析

將圖1中基坑模型的初始圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度固定為4 m，通過(guò)增加左側(cè)即超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度來(lái)分析不同非對(duì)稱圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況.無(wú)超載作用以及150 kPa均勻超載作用下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移情況如圖3所示.其中：Y為水平位移；Hw為圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度；H為嵌固深度.

由圖3(a)可知，無(wú)超載情況下，基坑整體呈現(xiàn)“凸鼓狀”變形.左側(cè)嵌固深度的變化對(duì)于兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移的影響較小，基坑兩側(cè)最大水平位移均在16 mm左右.但近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部位移隨著嵌固深度的增加明顯減小，當(dāng)嵌固深度為10 m時(shí)，近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部位移趨于0.這是因?yàn)殡S著土體深度的增加，基坑開(kāi)挖引起的土體側(cè)向位移減小，圍護(hù)變形也相應(yīng)減小.總體而言，無(wú)超載情況下增加近超載側(cè)嵌固深度對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響較小.

圖3 不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移沿嵌固深度的變化

比較圖3(a)和(b)可知，超載下兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)均發(fā)生遠(yuǎn)離超載側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移明顯增大，近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)的最大水平位移遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)超載側(cè).上述結(jié)果與文獻(xiàn)[14-16]的研究結(jié)果基本一致.

圖4 不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲變形沿嵌固深度的變化

根據(jù)上述特點(diǎn)，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形分為剛性轉(zhuǎn)動(dòng)和撓曲變形兩部分進(jìn)行分析.定義圍護(hù)結(jié)構(gòu)上下兩端位移差與其深度的比值為傾斜度I，近超載側(cè)傾斜度為I1，遠(yuǎn)超載側(cè)傾斜度為I2，以此來(lái)描述圍護(hù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)定義圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移曲線與上下兩端位移值連線之間的距離為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體撓曲變形.非對(duì)稱圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度的分布如圖4所示，其中D為繞曲變形.支撐軸力變形情況以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度如表2所示，其中F為支撐軸向應(yīng)力.

由圖3(a)及圖4(a)可知，無(wú)超載情況下，嵌固深度對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傾斜度及撓度影響較小.超載情況下，分析圖3(b)和圖4(b)可得，隨著近超載側(cè)嵌固深度的增大，近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移及撓度明顯減小.

表2 不同嵌固深度下支撐軸向應(yīng)力、變形以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度

Tab.2 Axial forces, deformation of supports, and inclination of retaining structures at different embedding depths

參數(shù)Hw/mF/kPaY/mmI1×103/(°)I2×103/(°)無(wú)超載17727.81.000.430.4319728.01.000.210.4021737.81.010.080.4223729.01.000.020.40超載171591.72.291.422.33191427.72.051.181.88211385.61.991.021.72231333.31.920.911.59

對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)，由表2可知，由于基坑較窄，第1道支撐變形僅為2 mm左右，遠(yuǎn)小于近超載側(cè)頂端變形，所以遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂端在支撐作用下發(fā)生較大遠(yuǎn)離超載的側(cè)移，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形特性較無(wú)超載情況發(fā)生改變.由圖3(b)可知，近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度的增加對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)撓度影響較小，對(duì)遠(yuǎn)超載側(cè)的傾斜度有一定控制作用.但值得注意的是，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲變形進(jìn)行研究，比較分析圖4(a)和(b)可知，超載下遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度大于無(wú)超載情況，且結(jié)合表2可知，遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度大于無(wú)超載情況.超載在增大近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移的同時(shí)，也引起遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度以及傾斜度的增大.因此，需要針對(duì)超載對(duì)于兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體影響進(jìn)行更深入的分析.

2.2 超載大小的影響分析

超載引起土體應(yīng)力的改變，其大小也將直接影響非對(duì)稱圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性.將兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度分別設(shè)為23 m和17 m，不同超載大小作用下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移以及撓度如圖5和6所示，其中P為超載大小.從圖5和6中可以看出，當(dāng)基坑附近有超載時(shí)，非對(duì)稱圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性也發(fā)生了改變.對(duì)于近超載側(cè)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形大小與超載正相關(guān).對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)，隨著超載的增加，圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)側(cè)的位移略有減小，但同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部位移、傾斜度和撓度均有所增大.這是由于隨著超載的增加，近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部位移有所增大，而由于基坑寬度較小，支撐水平變形遠(yuǎn)小于近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部水平位移，近超載側(cè)頂部變形通過(guò)支撐傳遞至遠(yuǎn)超載側(cè)，使得遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部發(fā)生較大遠(yuǎn)離基坑的位移.當(dāng)超載大小為200 kPa時(shí)，遠(yuǎn)超載側(cè)發(fā)生踢腳式變形.有研究表明，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生踢腳式變形時(shí)，對(duì)周邊環(huán)境及基坑安全最為不利，需要盡可能避免此類變形[17].

圖5 不同超載大小下圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移隨嵌固深度的變化

圖6 不同超載大小下圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲變形隨嵌固深度的變化

對(duì)支撐受力變形以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜的分析如表3所示.由表3可知，超載使得兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生大小與超載正相關(guān)的傾斜.同時(shí)，由于土體不均勻位移以及遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度較淺，遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度及增量大于近超載側(cè)， 且兩端傾斜度之差隨著超載的增加而增大.

表3 不同大小超載下支撐軸向應(yīng)力、變形以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度

Tab.3 Axial force, deformation of supports, and inclination of retaining structures at different values of surcharge

P/kPaF/kPaY/mmI1×103/(°)I2×103/(°) 0728.980.660.020.3950877.921.200.160.591001024.601.410.410.911501333.321.830.911.592001762.782.421.492.39

超載對(duì)于基坑變形的影響主要源于其對(duì)土體應(yīng)力狀態(tài)的改變.對(duì)土體附加水平應(yīng)力S進(jìn)行分析，超載引起的土體附加水平應(yīng)力(有超載作用下的坑外土體水平應(yīng)力與無(wú)超載狀態(tài)水平應(yīng)力之差)隨深度的分布如圖7所示.由圖7可以看出，從整體而言，超載引起的土體附加水平應(yīng)力與超載大小正相關(guān).對(duì)于近超載側(cè)，超載引起的附加應(yīng)力使得開(kāi)挖面上圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受土壓力較無(wú)超載情況明顯增大，附加應(yīng)力最大位置發(fā)生在0.5倍開(kāi)挖深度處，因此隨著超載的增大，超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受土體側(cè)向力逐漸增加，圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移進(jìn)一步增大.但在開(kāi)挖面以下，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)移動(dòng)，背坑側(cè)深層土體較無(wú)超載趨向于主動(dòng)極限平衡狀態(tài).由于此時(shí)深部土體豎向壓力較大且超載引起的附加水平應(yīng)力較小，側(cè)壓力系數(shù)的減小引起的側(cè)向應(yīng)力減小量大于超載引起的附加水平應(yīng)力，使得坑外部分深層的土體水平應(yīng)力小于無(wú)超載情況.

圖7 不同超載大小下土體水平附加應(yīng)力

對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)，由于基坑較窄，支撐變形較小，頂部支撐將近超載側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移傳遞至遠(yuǎn)超載側(cè)，遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂端發(fā)生遠(yuǎn)離基坑的位移，頂層土體產(chǎn)生被動(dòng)土壓力，水平土壓力較無(wú)超載情況下有明顯增大.當(dāng)基坑受到緊鄰的200 kPa的超載時(shí)，遠(yuǎn)超載側(cè)頂部的土水平應(yīng)力增量達(dá)到了60 kPa.超載引起了遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度、傾斜度以及踢腳位移的增加，增大了遠(yuǎn)超載側(cè)土體的側(cè)向應(yīng)力，對(duì)基坑施工產(chǎn)生不利影響，且土體附加應(yīng)力與超載大小呈正比.因此在基坑的設(shè)計(jì)施工時(shí)，不應(yīng)忽視超載對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)的影響.

2.3 超載位置的影響

考慮150 kPa的超載與基坑距離為0.1H0、0.3H0、0.5H0和H04種情況，超載下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及撓度隨深度的分布曲線如圖8和9所示.不同距離下支撐受力變形情況及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度如表4所示. 從圖8和9可以看出，隨著超載與基坑之間距離的增加，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移以及撓度發(fā)生明顯變化.為進(jìn)一步分析超載的影響機(jī)理，對(duì)超載引起的附加應(yīng)力進(jìn)行分析，超載與基坑間距不同情況下超載引起的基坑外側(cè)土體應(yīng)力改變量如圖10所示.

圖8 不同位置的超載下圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移

圖9 不同超載位置下?lián)锨冃坞S嵌固深度的分布

表4 不同位置的超載下支撐軸向應(yīng)力、變形以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度

Tab.4 Axial force, deformation of supports, and inclination of retaining structures under surcharge of different locations

L/mF/kPaY/mmI1×103/(°)I2×103/(°)0.1H01333.321.830.911.590.3H01073.431.470.521.080.5H0975.191.340.310.79H0888.981.220.140.56無(wú)超載590.470.660.020.39

圖10 不同超載大小下土體水平附加應(yīng)力

圖12 基坑剖面圖(m)

由圖8可知，對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)，隨著超載遠(yuǎn)離基坑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部位移減小，超載引起的土體附加水平應(yīng)力也隨之降低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大撓度以及轉(zhuǎn)角減小，當(dāng)超載距基坑邊緣大于0.5H0時(shí)，超載對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)的影響可以忽略.

對(duì)于近超載側(cè)，開(kāi)挖面上超載引起的水平附加應(yīng)力隨著超載與基坑間距離的減小而增加，但當(dāng)超載距離基坑距離小于0.3H0時(shí)，距離的增加僅引起頂層土體應(yīng)力的減小，深部土體的附加應(yīng)力較為穩(wěn)定，圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度幾乎不變.隨著超載與基坑之間距離繼續(xù)增加，超載對(duì)基坑附近土體應(yīng)力影響降低，近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形減小，基坑附近的土體應(yīng)力情況趨于無(wú)超載情況.此外值得注意的是，當(dāng)超載與基坑距離為0.3H0～0.5H0時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體轉(zhuǎn)動(dòng)使得頂部土體向坑內(nèi)的位移較大，頂層土體趨于主動(dòng)土壓力狀態(tài)，而此時(shí)超載引起的頂部土體附加水平應(yīng)力較小，頂部土體側(cè)應(yīng)力小于無(wú)超載情況.

3 工程實(shí)測(cè)分析

廈門某圍護(hù)結(jié)構(gòu)-內(nèi)支撐基坑工程的平面圖如圖11所示.基坑西側(cè)緊鄰嘉禾路路堤，路基高度為5 m，對(duì)部分基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成超載作用.基坑開(kāi)挖深度為12.9 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用?1000@1200 mm的單排鉆孔灌注樁.因?yàn)榛由峡绲罔F隧道，MN段以及OR段圍護(hù)樁長(zhǎng)減小為17 m，其余部分樁長(zhǎng)為23 m.圖11中A-A和B-B兩個(gè)典型斷面均為圍護(hù)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱基坑斷面，其剖面圖如圖12所示.其中：A-A截面緊鄰道路超載，且截面較窄；B-B截面距道路超載較遠(yuǎn)，且截面較寬.

圖11 基坑平面圖

兩個(gè)斷面的現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖13所示，圖中左側(cè)為近超載側(cè).相較于B-B截面，A-A截面較窄且緊鄰嘉禾路路堤，受超載影響更為明顯.對(duì)于近超載側(cè)，A-A截面向坑內(nèi)最大水平位移遠(yuǎn)大于B-B圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度較大.而A-A截面中，遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部發(fā)生遠(yuǎn)離基坑的負(fù)位移，負(fù)位移深度約為3 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大傾斜，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度大于B-B截面.

圖13的實(shí)測(cè)結(jié)果與前述數(shù)值分析結(jié)論相一致.因此對(duì)于超載下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱窄基坑，應(yīng)當(dāng)綜合考慮超載側(cè)以及無(wú)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形特性，將基坑作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)施工時(shí)在保證近超載側(cè)安全同時(shí)注意超載對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)的不利影響，避免基坑發(fā)生事故.

圖13 實(shí)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移隨嵌固深度的分布

4 結(jié)論

本文以廈門地區(qū)土巖復(fù)合地層為基礎(chǔ)，建立狹窄基坑分析模型，研究超載影響下圍護(hù)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱基坑的受力及變形特性，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，獲得以下結(jié)論：

(1) 無(wú)超載作用時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱基坑兩側(cè)的最大水平變形相近，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度主要影響踢腳位移.非對(duì)稱基坑受超載作用時(shí)，超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度的增加對(duì)近超載側(cè)最大水平位移以及撓度有約束作用，對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)，嵌固深度的增加對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的撓度影響較小，但可以有效減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度，同時(shí)，由于超載引起的頂部土體遠(yuǎn)離基坑的位移且遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度較小，遠(yuǎn)超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度大于近超載側(cè).

(2) 緊鄰超載作用下，隨著超載的增加，基坑發(fā)生偏轉(zhuǎn)，開(kāi)挖面以上土體的側(cè)壓力增大，引起近超載側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移的增加.而開(kāi)挖面下由于深層土體位移較大，土體由無(wú)超載情況下的靜止土壓力狀態(tài)趨于主動(dòng)平衡狀態(tài)，坑外土體側(cè)向應(yīng)力可能小于無(wú)超載情況.對(duì)于遠(yuǎn)超載端，頂部支撐傳遞了遠(yuǎn)離超載的位移，減小了圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)最大水平位移的同時(shí)增大了土體側(cè)壓力與圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓度.當(dāng)超載大于200 kPa時(shí)，遠(yuǎn)超載側(cè)發(fā)生踢腳式變形，遠(yuǎn)超載側(cè)基坑面臨踢腳破壞的威脅.

(3) 隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)與超載距離的增加，超載引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形有減小趨勢(shì).對(duì)于近超載側(cè)，土體附加應(yīng)力隨距離的增加而減小，并且在0.3H0～0.5H0距離內(nèi)引起頂部土體側(cè)壓力的減小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜度不斷減小，但當(dāng)超載與基坑邊距離小于0.3H0時(shí)，圍護(hù)撓度變化較小.對(duì)于遠(yuǎn)超載側(cè)，超載引起的土體附加應(yīng)力與距離逆相關(guān)，且當(dāng)超載距基坑距離大于0.5H0時(shí)，其對(duì)遠(yuǎn)超載側(cè)的影響可以忽略.

(4) 對(duì)于臨近超載的基坑，尤其是對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱狹窄基坑，基坑設(shè)計(jì)以及開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)基坑進(jìn)行整體分析，綜合考慮超載對(duì)于基坑兩側(cè)的影響，以保護(hù)周邊環(huán)境及確保施工安全.