深基坑地下連續(xù)墻側(cè)向位移分析

趙成城，劉 琦，仲曉梅

(1. 天津城市建設(shè)學(xué)院，天津 300384；2. 天津市建筑設(shè)計(jì)院，天津 300074)

深基坑地下連續(xù)墻側(cè)向位移分析

趙成城1，劉 琦2，仲曉梅1

(1. 天津城市建設(shè)學(xué)院，天津 300384；2. 天津市建筑設(shè)計(jì)院，天津 300074)

通過(guò)某深基坑工程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了地連墻的變形規(guī)律．分析表明，在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，墻體的側(cè)向位移隨著一步開(kāi)挖深度的增加而增大，且增長(zhǎng)的幅度與開(kāi)挖幅度成正比；基坑拐角處墻體的水平位移較小，但往基坑中部靠近墻體水平位移有增大的趨勢(shì)，且至基坑中部其值可達(dá)最大；基坑開(kāi)挖過(guò)程中，短邊墻體受基坑角部空間效應(yīng)的影響顯著，其變形也較小；逆作法施工下，墻體最大位移約出現(xiàn)在基坑開(kāi)挖深度的一半處，不發(fā)生在坑底附近．

深基坑；地下連續(xù)墻；側(cè)向變形

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，大深度地下空間的開(kāi)挖已成為城市建設(shè)開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要領(lǐng)域．而深基坑開(kāi)挖是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在開(kāi)挖中對(duì)基坑的變形監(jiān)測(cè)已成為基坑施工階段一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容[1-2]．在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，土體的突然卸荷使得地下連續(xù)墻產(chǎn)生水平方向的變形和位移，而墻體的變形又會(huì)相應(yīng)地導(dǎo)致地表沉降、坑底隆起、市政管線嚴(yán)重變形等一系列危害．筆者對(duì)某深基坑工程的地下連續(xù)墻在開(kāi)挖過(guò)程中的側(cè)向變形進(jìn)行了綜合分析，得出墻體在不同因素影響下的變形規(guī)律，可為其他類似工程提供一定的借鑒．

1 工程概況

本深基坑工程位于某軟土地區(qū)，采用蓋挖逆作法施工．基坑長(zhǎng)約 264,m，寬約 73～105,m，開(kāi)挖深度約25,m．基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，墻厚 1.2,m，墻深 42～53,m，采用 C30防水混凝土，抗?jié)B等級(jí) S10，內(nèi)側(cè)設(shè)置800,mm厚襯墻．

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層條件如表 1所示．

場(chǎng)地 70,m 深度以內(nèi)有四層含水層：第一層為潛水含水層，巖性以粉土為主；第二層為淺層微承壓含水層，埋深 24.6～31.1,m，巖性以粉細(xì)砂為主；第三層為淺層微承壓含水層，埋深 42.4～45.8,m，巖性以粉土為主；第四層為淺層微承壓含水層，埋深 64.2～68.1,m，巖性以粉砂為主．

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

3 施工及監(jiān)測(cè)布置

3.1 施工方案

工程采用蓋挖逆作法施工，先構(gòu)筑主體結(jié)構(gòu)柱列式灌注樁和其上的鋼管混凝土柱及地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后澆筑頂板，降水開(kāi)挖地下一層土并構(gòu)筑地下一層板，澆筑該層側(cè)墻繼續(xù)往下開(kāi)挖，依次完成下層結(jié)構(gòu)板直至底板．在基坑長(zhǎng)邊方向，先開(kāi)挖基坑中部土體，待中部澆筑層板以后，再開(kāi)挖兩邊土體．

3.2 地下連續(xù)墻監(jiān)測(cè)布置

墻體的水平位移測(cè)量采用預(yù)埋測(cè)斜管+測(cè)斜儀的方法．觀測(cè)孔數(shù)為 24個(gè)，按照沿基坑周邊，監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平間距不宜大于20,m的原則布置，并在受力、變形較大且有代表性的部位增加密度．每個(gè)測(cè)斜管布置約60個(gè)水平位移測(cè)點(diǎn)，按0.5,m的間距進(jìn)行測(cè)量．具體測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示．

圖1 測(cè)點(diǎn)布置示意

4 地下連續(xù)墻側(cè)向位移分析

4.1 一步開(kāi)挖深度對(duì)側(cè)向位移的影響

墻體側(cè)向位移隨一步開(kāi)挖深度的變形規(guī)律如圖2所示．

由圖2可以看出，墻體的水平位移隨著基坑開(kāi)挖深度的加大，其變形曲線近似為兩頭小、中間大的“大肚形”，且在坑口處產(chǎn)生向坑外的變形．隨著開(kāi)挖深度的加大，向坑外的變形逐漸減小，進(jìn)而反向增大．同時(shí)，隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，位移改變方向的過(guò)渡點(diǎn)也有所上移；另外，墻體的水平變形隨著一步開(kāi)挖深度的增加而增加，并且位移增長(zhǎng)的幅度隨著開(kāi)挖幅度的增加而增大．因此，實(shí)際工程中，在注重開(kāi)挖順序?qū)w位移影響的同時(shí)，還要兼顧到一步開(kāi)挖的深度，盡量減小一步開(kāi)挖的深度，從而避免墻體一次性卸荷過(guò)多及坑內(nèi)外的不平衡土體導(dǎo)致的墻體變形過(guò)大．

圖2 一步開(kāi)挖深度對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移的影響曲線

4.2 測(cè)點(diǎn)位置不同時(shí)對(duì)側(cè)向位移的影響

基坑拐角處 09測(cè)點(diǎn)與中間部位 06測(cè)點(diǎn)墻體側(cè)向位移變形情況如圖3所示．

圖 3表明，隨著工況的進(jìn)行，09測(cè)點(diǎn)的最大位移為 11.29,mm，最大位移值位置在 18.5,m 附近；06測(cè)點(diǎn)的最大位移為 18.63,mm，最大位移位置位于 11,m附近．分析可知，位于基坑拐角處的測(cè)點(diǎn)位移比位于中間部位的測(cè)點(diǎn)位移較小，最大位移值的位置也相對(duì)靠下．因此，測(cè)點(diǎn)所處的墻體位置也對(duì)其變形有很大影響．相關(guān)資料顯示[3-4]，由于基坑的“空間效應(yīng)”，基坑邊角處墻體的水平位移較小，但往基坑中部靠近時(shí)墻體水平位移有增大的趨勢(shì)，且至基坑中部其值可達(dá)到最大．

圖3 不同位置測(cè)點(diǎn)的側(cè)斜曲線

4.3 空間分布對(duì)側(cè)向位移的影響

基坑長(zhǎng)邊方向與短邊方向墻體的側(cè)向位移變形的比較情況如圖4所示．

由圖 4可以看出，隨著工況的進(jìn)行，19測(cè)點(diǎn)的最大位移為 18.01,mm，最大位移位置在 18 m 附近；11測(cè)點(diǎn)的最大位移為 15.28,mm，最大位移位置位于14.5,m附近．可見(jiàn)，11測(cè)點(diǎn)位移要比19測(cè)點(diǎn)位移小，最大位移值位置卻相對(duì)靠上，位移改變方向的過(guò)渡點(diǎn)也相對(duì)靠上．分析認(rèn)為，11測(cè)點(diǎn)處的墻體長(zhǎng)度為73,m 遠(yuǎn)小于 19測(cè)點(diǎn)處的墻體長(zhǎng)度(264,m)，而基坑開(kāi)挖過(guò)程中，短邊墻體受基坑角部空間效應(yīng)的影響更加顯著．據(jù)研究[3,5-6]，基坑的長(zhǎng)寬比不宜過(guò)大，若長(zhǎng)寬比太大，空間效應(yīng)就減弱，圍護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)邊的最大水平位移就會(huì)增大．另外，為了減小長(zhǎng)邊變形，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，宜盡量分層分步開(kāi)挖．

圖4 不同測(cè)點(diǎn)的側(cè)斜曲線

4.4 基坑施工方法對(duì)側(cè)向位移的影響

基坑逆作法施工下墻體側(cè)向位移變形曲線如圖5所示．

圖5 逆作法施工下測(cè)點(diǎn)位移變化曲線

圖5表明，在基坑開(kāi)挖的前幾個(gè)工況，墻體的最大水平位移出現(xiàn)在坑口附近，并且為向基坑外的變形，但隨著開(kāi)挖深度的加大，墻體的水平位移逐漸向坑內(nèi)增大；由于層板的強(qiáng)大支撐作用，隨著工況的進(jìn)行，最大水平位移的位置有些許上升的趨勢(shì)，且最大水平位移出現(xiàn)在14,m 附近，此位置約位于基坑開(kāi)挖深度的1/2處．

但當(dāng)施工改變?yōu)轫樧鞣〞r(shí)，墻體位移的變化特征就會(huì)不同．某基坑開(kāi)挖深度為15,m，長(zhǎng)374,m，寬32.4,m，其在順做法施工下墻體側(cè)向變形如圖6所示．墻體的最大位移始終出現(xiàn)在坑內(nèi)，開(kāi)挖各階段地連墻水平位移始終呈現(xiàn)出兩頭小中間大的“大肚形”；隨著開(kāi)挖工況的進(jìn)行，最大水平位移位置持續(xù)下移，待開(kāi)挖結(jié)束后，最大變形值出現(xiàn)在坑底附近．由此可知，基坑的施工方法對(duì)墻體的變形起著重要作用．

圖6 順作法下圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移變化曲線

5 結(jié) 論

(1) 在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，為了避免一次性卸荷過(guò)多，使基坑內(nèi)外的土體極度不平衡，從而導(dǎo)致墻體產(chǎn)生過(guò)大的變形，降低整個(gè)基坑的穩(wěn)定性，因而在開(kāi)挖中要盡量減小一步開(kāi)挖的深度．

(2) 在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，短邊墻體的變形要小于長(zhǎng)邊墻體的變形，并且短邊測(cè)點(diǎn)的最大位移值的位置靠上，位移由負(fù)向正轉(zhuǎn)變的過(guò)渡點(diǎn)位置相對(duì)也靠上．

(3) 基坑拐角處的墻體位移要小于中間部位的位移，說(shuō)明基坑邊角附近的空間效應(yīng)較強(qiáng)，而基坑中部作用較弱．

(4) 逆作法施工下，開(kāi)挖最初階段墻體的最大水平位移出現(xiàn)在坑口附近，但隨著開(kāi)挖深度的加大，墻體的水平位移逐漸向坑內(nèi)增大，挖至坑底時(shí)墻體最大水平位移的位置約出現(xiàn)在基坑深度的 1/2處，而不像順做法那樣最大變形值出現(xiàn)在坑底附近．

［1］魏 磊.深基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下連續(xù)墻側(cè)向位移預(yù)報(bào)分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1999(5)：42-45.

［2］JGJ120—99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

［3］王曉輝. 軟土深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的影響因素分析[D]. 南京：河海大學(xué)交通與海洋工程學(xué)院，2003.

［4］俞建霖，龔曉南. 深基坑工程的空間性狀分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21(1)：21-25.

［5］楊雪強(qiáng). 論深基坑支護(hù)的空間效應(yīng)[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，1998，20(2)：75-78.

［6］陸瑞明，趙錫宏，馬忠政，等. 組合式擋墻的基坑圍護(hù)非線性的空間設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2001，34(6)：80-86.

Analysis of Continuous Wall’s Lateral Displacement in Underground Deep Foundation Pit

ZHAO Cheng-cheng1，LIU Qi2，ZHONG Xiao-mei1
(1．Department of Civil Engineering, TIUC，Tianjin 300384，China；2. Tianjin Architecture Design Institute，Tianjin 300074，China)

Through the testing data of a deep excavation, this paper analyzes systematically the deformation law of the wall.This paper shows that the lateral displacement of the wall increases with the increase of the excavation depth，and the growth rate is proportional to the excavation rate during the process of deep excavation. This paper also shows that the horizontal displacement is smaller in the corner of foundation pit，and the horizontal displacement gradually increases, and then reaches its maximum in the central section of pit. Meanwhile this paper shows that the corner space effect of foundation pit makes impacts on the short side wall significantly and the short side wall has less deformation during the process of deep excavation. Finally this paper shows that the maximum displacement of the wall emerges about half way to excavation depth，rather than at the vicinity of bottom of pit under reverse building method.

deep foundation pit；underground diaphragm wall；lateral deformation

TU473.2

A

1006-6853(2010)04-0255-04

2010-04-06；

2010-05-31

趙成城（1985—），女，河北唐山人，天津城市建設(shè)學(xué)院碩士生.

（編輯：張?zhí)m娜）