尹星

（五矿二十三冶建设集团有限公司，湖南 长沙 410000）

基坑工程施工中，若将材料堆放在边坡周边或路堤附近等会挤压基坑，导致其出现不均匀偏载，此不平衡应力会对基坑支护的传力形式有所改变，导致基坑开挖过程中危险系数较大。目前，该领域主要通过二维有限元分析研究既有建筑、地表沉降等对基坑开挖的影响，结果表明，若地表载荷不对称，在其作用下，深基坑连续桩出现的变形和弯矩与对称载荷相比，差异非常显著。上述研究同时发现，非对称地表载荷在开挖深基坑过程中危险性较大，需予以重点关注。本文依托某项目深基坑施工实践，对基坑地面沉降、维护结构进行现场监测，根据有限元法探讨优化控制开挖过程的相关技术，经本项目实践，取得良好效果，可以在同类型工程施工中推广应用。

1 工程概况

1.1 某工程基坑相关参数如下：全长437 米,宽27.7m 至37.7 米，坑底标高为47.3m 至54.5m，基坑深2.8m。本项目地处某市既有干线附近，且干线车流量较大，若封闭施工则会对城市交通造成严重影响。因此，为尽可能减少施工对交通影响，保障畅通通行，该项目基坑难以通过放坡形式实施支护。为提升施工安全性，尽可能降低危险源，经研究决定采用钻孔灌注桩联合钻孔灌注桩悬臂支护形式实施支护。

1.2 基坑周边现存公路路基、边坡，地下存有城市管网等，因此施工时还需重点考虑开挖导致的边坡、路面坍塌等事故，因此，开挖深基坑过程中应全方位做好监控工作，及时了解施工进程，对比检测数据，适时调整危险源。项目地处丘陵地带，土层自上至下分别为杂填土、粉质黏土、风化粉砂岩(全风化、中度风化、轻度风化)。

2 基坑设计方案

2.1 基坑施工，尤其是开挖过程会对周边环境造成极大影响，为降低不利影响，本项目差异化设计基坑两侧围护结构，高边坡设计的桩长、直径均大于其他桩长、直径，尽量降低开挖面，有效弱化影响。

2.2 基坑围护结构支撑体系共两部分组成，其一为混凝土支撑1 个，其二为钢支撑3 个。开挖基坑前应前置混凝土，进行支撑。钢支撑沿纵向开挖设置，严格控制其支撑间距，实践表明其间距应低于2.7m，借此获得更好支撑效果。

2.3 通过工程概况可知，本项目深基坑长度较长，为基坑宽深的16 倍，因此该基坑中部可将转角效应予以忽略。同时，施工中应严格筛选断面，挑选出典型点，通过典型面、典型点，对基坑周边地面沉降及连续桩的水平变形予以科学检测，实时了解变化情况。

3 现场监测结果

3.1 地下连续桩变形

以图1 所示为监测断面开挖期间围护结构水平位移，北侧桩的变形表现出与南侧不同的变形模式。随着开挖至基底时，北侧围护桩向开挖一侧发生了深层移动，这是深基坑施工中常见的现象。截面段的连续桩横向变形最大值为50.9mm，冠梁上的最大值为-40mm。相比之下，南侧桩顶向基坑外移动，而其下部则向坑内移动。

图1 基坑围护结构水平位移

3.2 路面沉降

以图2 所示在深基坑施工期间，监测段（GS7）的地面沉降变化。深基坑开挖前6m 和后10m，地表沉降迅速增加。最后，在中间板浇筑后变得稳定，监测段的最大沉降达到106.0mm。

图2 地面沉降变化

4 优化控制技术分析

4.1 数值模拟

4.1.1 为了研究设计优化方法，本研究采用二维平面应变有限元（PLAXIS2D2018）分析方法。所有土层均采用15 节点单元建模。考虑到开裂的可能性，混凝土的刚度降低了20%。有限元模型和网格生成如图3 所示。

4.1.2 该模型的平均单元尺寸为3.26m，单元总数为1236 个。土是满足莫尔- 库仑屈服准则的理想弹塑性材料，进行了不排水分析。通过现场试验和设计参数，得到了深基坑开挖的地层及深基坑附近既有建筑物的物理性质。

4.1.3 以图4 将测量的围护结构变形和地表沉降与数值模拟预测的结果进行了比较。由于采用了MC 模型，数值模拟分析给出的预测结果略小于开挖各阶段的结构变形。最终开挖阶段的最大横向位移比测量值低15%左右，最终开挖阶段的最大地表沉降预测值小于现场测量值的一半。

图4 监测与模拟围护结构水平位移对比图

4.1.4 通过比较非对称深基坑与对称深基坑的变形模式，可以发现连续桩的变形模式与图3 相似。结果表明，偏压荷载是深基坑支撑系统扭转变形的主要原因。针对监测段变形较大的情况，探讨了相应的设计优化方案。

图3 深基坑开挖数值模型

4.2 不同优化方案的结论

4.2.1 通过模拟5 种不同的设计方案，讨论监测段中限制变形的方案，现模拟实际设计方案。

4.2.2 根据方案a 在北桩外侧添土加固，由于支撑体系的旋转变形方式，需要对路基另一侧的土体进行加固，以验证其是否能限制变形。加固范围如图5 所示。

4.2.3 在方案a 的基础上，延长北桩嵌入花岗岩地层中的长度。把桩底嵌入岩体是控制地下续桩变形的有效方法。因此，在初步设计中，把路面侧的地下连续桩设计嵌入岩体。在本监测段中，把北侧的连续桩延伸到了南侧的桩长（图5）。

4.2.4 根据b、c 措施，科学融合b 方案和c 方案，对融合后的方案进行讨论并优化。

4.2.5 加固深基坑内部土体。本项目施工过程中，因邻近结构影响，加固范围较小，加固面积受限。实践中常采取深基坑内土体加固的措施予以维护。结合本项目实际情况，需加固深基坑的整个开挖区域，对此加固措施的效果进行探索（图5）。

图5 不同条件下监测面水平位移预测

4.2.6 图5 展示了5 种不同支护措施下监测的结构变形情况，经横向、纵向对比，其中支护效果更佳的为b方案、c 方案、d 方案，但该三种方案难以有效控制钻孔灌注桩的侧向位移，可以有效控制路面沉降。工况相同情况下，e 方案可以有效控制深基坑两侧的横向形变，较其他方案效果更佳，降低路基沉降形变率35.8%。对比实际监测相关数据，发现e 方案能够有效控制路面沉陷，且控制效果更佳，降低沉降量高达70%。综上所述，深基坑支护体系中采取加固土体方案，可以有效降低偏心荷载作用下的非对称变形规模，取得良好支护效果，可在同类型工程中应用推广。

5 结论

本文依托某深基坑支护施工实践，重点研究了深基坑支护体系在偏心荷载作用下的非对称变形问题，得出如下结论：

5.1 深基坑支护体系在偏心荷载作用下,会发生非对称变形。

5.2 地基沉陷规模在偏心荷载作用下增加迅速，会引发支护体系形变；若支护桩形变大于21mm，则也会加快沉陷速度。若想有效控制路面沉降，需重点对深基坑连续桩变形进行控制。

5.3 加固深基坑内土体，能够对支护系的扭转变形进行控制，减少规模，经测算，使用本措施降低了支护结构水平形变。