摘 要：深基坑变形一直是岩土工程中的重要研究课题，而黄土地区的深基坑变形，不仅具有基坑变形的一般特点，同时也受到黄土自身湿陷性、结构性、动力特性和流变性的影响。通过对这些影响因素的总结和分析，可以对控制深基坑的变形提供有益的参考。
关键词：黄土地区；深基坑；变形控制
引言
深基坑工程是当前岩土工程中的热点和难点问题，由于深基坑具有诸多的不确定影响因素，所以如何有效的控制基坑的变形，使基坑更加经济和安全，是岩土工程人员一直探索的课题。
所谓“深基坑”是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工而开挖的地面以下的空间，基坑工程界一般将开挖深度大于或等于7m的基坑称为深基坑。随着我国中西部黄土地区城市的发展，高层建筑和地铁的大量兴建，深基坑越来越呈现出“大、近、紧、深”的特点。由于这些特点，基坑工程的设计和施工理念有了不断的变化与完善：即从最初的以强度控制为主发展到了今天的以变形控制为主要理论[1]。
基坑变形（包括围护结构的变形、坑外地表的沉降和基坑底部隆起等）将在不同程度上影响基坑的稳定与周边建筑物、道路以及地下管线的安全[2]。由于我国黄土分布广泛，黄土地区深基坑变形影响因素的分析对进一步提出变形的控制和预测，以及对深基坑的施工都具有重要的实用意义。黄土地区深基坑变形的影响因素不仅有和一般深基坑变形影响因素相同的部分，更有黄土地区深基坑变形所特有的因素。
1 深基坑变形的一般影响因素
1.1 基坑的工程地质与水文地质条件
所谓的工程和水文地质条件主要指的是基坑所处的岩、土、水三者的物理化学性质、力学性质、分布、埋藏和组合特点。其中，土体的种类是影响基坑变形的主要因素。例如，软土深基坑的变形主要有半坡滑动型、坡脚滑动型、基底隆起深层滑动型；老粘性土基坑边坡的变形破坏存在两种截然不同的状况，一种是非饱和情况下呈现较低的土压力或剥落、堆坍式破坏；一种是在饱水情况下出现较大土压力或产生楔形滑裂至滑坡[3]。当地下水位较浅时，对于深基坑底部为粉土或者粉砂时，基坑的开挖还较容易造成“管涌”和“流沙”，造成更大的变形或者破坏。此外，基坑开挖过程的降水也往往会导致地表沉降和基坑变形。
1.2 支护系统结构类型
深基坑支护结构主要包括围护墙和支撑（或者拉锚）两部分，两者的选型与设计都会导致整个支撑结构产生过大的变形，甚至破坏。基坑开始开挖后，围护墙便开始受力变形。当基坑开挖较浅时候，支挡结构的变形主要为向基坑方向的水平变位，地表随之变形；随着开挖深度的增加，土体自重应力的释放量增加，支护结构上的土压力变化，地表变形的范围增大，变位量也增大，同时，支护结构墙体有所上升或下沉，使插入坑地深度发生变化。同时，支护类型对基坑的变形有显著的影响，常用的深层搅拌水泥桩支护、地下连续墙支护、土钉支护、板锚支护等支撑的刚度和支撑间距是影响基坑变形的一个重要因素。适当增加围护结构的刚度和入土深度，不仅能提高基坑整体稳定性和抗隆起稳定性，还能减少墙体的位移，使支护结构水平位移显著减少。
1.3 基坑平面形状及开挖深度
基坑的几何形状的影响，主要体现为基坑的空间效应，如长条形基坑、不规则基坑的阳角等均表现出特殊的变形特点。一个好的（或者说优化的）基坑平面形状可以改善基坑的应力布局、减小基坑的位移、改善基坑的位移布局、减小基坑的变形。实测结果[4]显示类圆形平面结构基坑是一种最优的基坑平面形状，类圆形平面结构，基坑承载能力远优于矩形平面结构基坑，矩形平面结构基坑长宽比越大承载能力越差。
作用在基坑支护结构上的土压力和水压力是随着开挖深度的增加而增加的，当基坑开挖较浅还未设支撑时，不论对刚性墙体，还是柔性墙体，均表现为墙顶位移最大，向基坑方向水平位移呈三角形分布。随着基坑开挖深度的增加，刚性墙体继续表现为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移，而一般柔性墙如果设支撑则表现为墙顶位移不变或逐渐向基坑外移动，墙体腹部向基坑内凸出。
1.4 施工过程
开挖基坑时不可避免地会引起地基卸载和土体自重应力释放，进而会影响基坑的稳定性和安全性，合理的分层分区对称均衡开挖，有利于控制变形的发展。不同的挖撑顺序所产生的变形也是各异的，先撑后挖对基坑的约束作用比先挖后撑更强，因此，基坑产生的变形也更小。合理的安排施工挖土顺序，按照内支撑的情况分层分区开挖也是影响基坑变形的因素之一[5]。
1.5 地面超载
基坑周边临时堆放的建材、机器设备以及没有及时运出场地的土都会加重基坑支护结构负担的力，增加基坑周边土体的应力，引起新的变形。地面超载距坑边的距离对基坑变形影响显著，随着超载作用距离的增加，基坑的变形显著变小。随着地面超载作用深度的增加，地表的沉降量及基坑开挖面以上支护结构的水平侧移减小[6]。
2 黄土地区深基坑变形特有的影响因素
2.1 黄土湿陷性的影响
黄土是干旱或半干旱气候条件下的沉积物，由于其特定的生成环境和存在的历史环境，形成其明显的柱状节理和大空隙结构。湿陷性黄土的孔隙，基本上为多孔隙和大孔隙，划分为超细孔隙、细孔隙和大孔隙。这些空隙主要是由于黄土中较大颗粒形成的架空结构，这些大颗粒的接触点由可溶性盐胶结而成。受水浸湿后，大颗粒之间的粘接力减小或者消失，黄土的骨架结构遭到破坏，粒间孔隙改变、减少甚至趋于消逝，于是黄土中大孔隙的存在就给土颗粒位移创造了条件，在宏观上表现出黄土的塌陷和沉降，所以湿陷性是相关黄土地区深基坑工程变形主要因素之一。
2.2 黄土结构性的影响
土结构性的强弱可以由颗粒联结的可稳性和颗粒排列的可变性两个方面来衡量，只有可稳性和可变性都比较强的土才是结构性强的土。黄土的应力应变关系、孔隙水压力与应变关系、固结变形等都与黄土的结构性具有显著的关系[7]。对于任何一种具有结构性的土来说，在受力变形的过程中，其结构性也是一个动态变化的过程，逐渐形成次生结构的过程。对于黄土来说，结构性同时也影响着湿陷性，结构性强的黄土具有较强的湿陷性，结构性弱的黄土具有较弱的湿陷性，甚至没有湿陷性。土颗粒之间的联结强度越大，土颗粒则处于一种更不稳定的状态，土体则具有较好的结构性，在外界因素（静力、动力、水等）的影响下反应越灵敏。黄土地区的深基坑施工的过程，也是一个破坏黄土原状结构，当黄土的原生结构被大部分破坏时，深基坑宏观表现为微小的力的增量会引起变形的大幅度增长；随着变形的增加，新形成的次生结构的结构势减小，变的更加稳定。从这个意义上讲，黄土结构性的大小是控制应力应变关系的最为重要因素之一，也是影响黄土工程变形的因素之一。
2.3 黄土的动力特性的影响
深基坑工程施工的过程中，会不可避免的受到人和动力设备产生的动荷载的影响。相关的研究表明[8][9]，黄土在动荷载作用下产生的变形是具有特性的。黄土的动力特性是在较小动荷载作用主要表现为应力-应变曲线的改变，即动模量和阻尼比的改变；在较大动荷载作用时，振陷则是主要问题。影响黄土振陷的主要因素为含水量、固结应力、应力路径、动应力和振动次数等。当动应力作用于以受静荷作用的黄土上时，如果动应力没有引起这种土的强度的破坏，则土体将被进一步的振动密实，在原来压缩变形和湿陷变形的基础上，土体产生动变形随动应力的增大而增大。如果动应力引起土体的破坏，则动应力会使总的变形增大，为后续的湿陷变形或者压缩变形创造有利的条件。总的来说，当初始含水量较小时，变形由浸水作用控制，即湿陷变形为总变形的重要部分；当初始含水量较大时，变形由动荷作用控制，即动变形为总变形的主要部分。
2.4 黄土流变性的影响
时间因素对黄土的力学特性、应力-应变关系的影响不容忽视，罗汀等[10]对原状黄土进行了侧限条件下单向压缩的长期（ 蠕变）试验及分析，研究表明，蠕变量在总压缩变形量中占有非常可观的比例，值得在工程实际中考虑。相关试验表明[11]，当含水率一定时，法向应力水平对黄土的蠕变固结特性有较大的影响，法向应力越大，初始应变越大。深基坑的工程量大，持续时间较长，又由于黄土具有一定的蠕变特性，所以黄土地区的深基坑变形中必定要考虑黄土的时间效应。
3 结论及建议
在黄土地区的深基坑工程既要考虑基坑变形一般因素的“共性”，也要考虑影响变形因素中的“个性”，在某些情况下，黄土的湿陷性、结构性、动力特性和流变性可能会成为深基坑变形的主要因素之一，采取相应的措施消除黄土的这些“特性”，可以有效的为基坑开挖的设计和施工中提出了经济有效的变形控制对策。同时建议要进一步的加强对基坑开挖过程中变形的实时重点监测，防止发生过大基坑变形及地表沉降，逐步推广深基坑施工的动态设计，对于变形监测达不到要求的，及时进行设计变更，对保证支护结构及周边环境安全具有重要的意义。
参考文献
[1]乔瑞龙.开挖过程中深基坑支护结构变形规律研究.西安建筑科技大学硕士学位论文[D].2011.
[2]刘艳军，孙敦本.深基坑变形控制研究进展[J].四川建筑科学研究，2011（2）：119～123.
[3]范士凯.论不同地质条件下深基坑变形破坏类型、主要岩土工程问题及其支护设计对策[J].资源环境与工程，2006（11）：645～655.
[4]姜晨光，贺勇.朱烨昕.基坑形状与基坑稳定性关系的实测与分析[J].岩土工程技术，2007（10）：246～249.
[5]麻冬敏，王萌.深基坑变形的影响因素[J].科技信息，2012（5）：440
[6]殷献礼.基坑变形影响因素研究[J].公路工程，2010（4）：134～137.
[7]骆亚生.非饱和黄土在动、静荷载下结构变化特性及结构性本构关系研究[D].西安理工大学博士学位论文.
[8]吕立强，邵生俊，龙吉勇.对黄土基本动力特性的认识[J].2007.地下水，29（6）：109～111.
[9]杨利国，骆亚生，李焱.主应力轴旋转对压实黄土动变形特性的影响[J].工程地质学报，2010，18（3）292-297.
[10]罗汀，姚仰平，蔡东艳.黄土蠕变的试验研究[J].西安建筑科技大学学报，1995，27（3）：304～308.
[11]王松鹤，骆亚生，杨静敬.原状黄土固结蠕变特性试验研究[J].水文地质与工程地质，2009，（6）：72～75.
作者简介：杨利国（1984，9-），男，硕士，主要从事黄土工程性质、岩土工程数值分析研究。
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