地鐵車站基坑坑外降水研究

鐘方杰 邱 凡

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310000)

地鐵車站基坑坑外降水研究

鐘方杰 邱 凡

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310000)

以杭州地鐵車站基坑實(shí)施坑外降水為實(shí)例，分析了坑外降水與圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力的關(guān)系，并初步研究了坑外降水對周邊環(huán)境的影響，得到杭州砂性地層的降水深度與地表沉降值，指出坑外降水對減小基坑變形與支撐軸力效果顯著。

地鐵車站，坑外降水，圍護(hù)結(jié)構(gòu)，關(guān)系

對于深基坑工程，坑外降水能減少坑外主動土壓力，從而提高支護(hù)體系的穩(wěn)定度和強(qiáng)度保證，減少支護(hù)體系的變形。根據(jù)杭州地鐵基坑施工經(jīng)驗(yàn)，坑外降水對減少基坑變形(特別是在砂性地層)與降低支撐軸力，效果十分顯著。

1 坑外降水與圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形關(guān)系

在地鐵車站施工中，坑外降水是一種常見的施工手段，也是用于基坑搶險(xiǎn)的行之有效的措施。從理論上講，坑外降水減少了坑外側(cè)壓力，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形減小，從而改善了基坑整體安全狀況。以下本文以目前已投入運(yùn)營的杭州1號線車站相關(guān)數(shù)據(jù)為對象，研究了坑外降水對地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。下面以七堡站為例，通過理論計(jì)算及監(jiān)測闡述坑外降水對基坑的影響。實(shí)際施工時(shí)，坑外降水8 m，基坑開挖至坑底時(shí)，基坑標(biāo)準(zhǔn)段連續(xù)墻最大位移為17.04 mm，第二～第四道支撐軸力值(括號內(nèi)為預(yù)加軸力)依次為：682 kN(367 kN)，831 kN(457 kN)，797 kN(603 kN)。理論計(jì)算坑外降水8 m時(shí)，坑外最大變形為16.4 mm，第一～第四道支撐軸力標(biāo)準(zhǔn)值依次為：300 kN，915 kN，1 035 kN，1 155 kN。

坑外降水與圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、最大彎矩及支撐軸力等關(guān)系如圖1～圖3所示。

從圖1～圖3可以看出，坑外降水對基坑連續(xù)墻變形的控制十分顯著，當(dāng)坑外降水8 m時(shí)，連續(xù)墻最大變形降低38%。連續(xù)墻最大變形幾乎與坑外降水成線性比例關(guān)系。

連續(xù)墻最大彎矩(迎土與背土)隨坑外降水深度加深大致呈遞減關(guān)系。但當(dāng)坑外降水大于10 m后，連續(xù)墻的彎矩變化幅度很小。

坑外降水后，由于側(cè)土壓力的減少，支撐軸力顯著降低。值得注意的是，降水深度對各道支撐影響不盡相同，降水深度大于5 m后，第一道支撐軸力不再變化；而對于第二、三道支撐，當(dāng)坑外降水深度大于9 m時(shí)，其軸力值變化甚微。第四道支撐與坑外降水深度大致呈線性關(guān)系。

從以上分析可以得到，坑外降水能顯著減少基坑連續(xù)最大變形、彎矩及支撐軸力。根據(jù)杭州地鐵1號線基坑工程經(jīng)驗(yàn)，具備坑外降水條件的基坑，應(yīng)進(jìn)行基坑降水，這對基坑安全風(fēng)險(xiǎn)及成本的控制都十分有益。

但并非坑外降水深度越深越好，當(dāng)基坑降水大于一定深度后，坑外降水對支撐軸力及連續(xù)墻彎矩的影響甚微，為控制降水成本，坑外降水亦需秉持“按需降水”的原則。對于13.0 m～15.0 m深基坑，在不考慮周邊環(huán)境的情況下，坑外降水8 m～10 m為宜。

2 坑外降水對環(huán)境的影響

坑外降水帶來最大的問題，就是會引起地面沉降與建(構(gòu))筑物變形。杭州地鐵1號線基坑中，因坑外降水(或坑外土體失水)造成基坑周邊管線或其他建(構(gòu))筑物沉降變形過大的例子亦不鮮見。

降水引發(fā)地面沉降是與孔隙水滲透消散相聯(lián)系的壓密固結(jié)，也是滲透固結(jié)作用的結(jié)果，是含水層的壓密和上覆土層壓密造成的。深基坑降水誘發(fā)地面沉降包括：1)彈性壓縮所產(chǎn)生的瞬時(shí)沉降。2)主固結(jié)沉降。3)由于土體流變所產(chǎn)生的次固結(jié)沉降。

目前抽水誘發(fā)地面沉降計(jì)算方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式、黑箱理論、一維固結(jié)理論、二維固結(jié)理論及真三維固結(jié)理論等。在工程實(shí)用計(jì)算中，主要采用的是基于有效應(yīng)力原理和太沙基一維固結(jié)理論的分層總和法。

上海市標(biāo)準(zhǔn)DBJ 08-61-97基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程與冶金部YB 9258-97建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范，對于井點(diǎn)降水引起地表沉降提出如下公式：

一般與基坑工程相配套的降水工程，由于降水時(shí)間較短，在降水期，降水面以下的土層通常不能產(chǎn)生較明顯的固結(jié)沉降量，而降水面至原始地下水面的土層因排水條件較好，會在自重應(yīng)力下很快產(chǎn)生沉降，因而降水所引起的地面沉降可用如下簡便方法進(jìn)行估算：

對于杭州砂性地層，如平均壓縮模量E1-2取10MPa，降水深度與地面沉降如圖4所示。從圖4可以看出，當(dāng)降水深度為5.0m時(shí)，地表沉降達(dá)25mm，這與地鐵1號線基坑工程獲取的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本符合。

3 結(jié)語

1)基坑坑外降水能顯著減少基坑連續(xù)最大變形、彎矩及支撐軸力。根據(jù)杭州地鐵1號線基坑工程經(jīng)驗(yàn)，具備坑外降水條件的基坑，應(yīng)進(jìn)行基坑降水，這對基坑安全風(fēng)險(xiǎn)及成本的控制都十分有效。

2)坑外降水深度并非越深越好，當(dāng)基坑降水大于一定深度后，坑外降水對支撐軸力及連續(xù)墻彎矩的影響甚微，為控制降水成本，坑外降水亦需秉持“按需降水”的原則。對于13.0m～15.0m具備坑外降水條件的深基坑，在不考慮周邊環(huán)境的情況下，坑外降水8m～10m為宜。

3)基坑坑外降水引起周邊地表沉降，根據(jù)基于有效應(yīng)力原理和太沙基一維固結(jié)理論的分層總和法計(jì)算以及工程經(jīng)驗(yàn)，對于杭州砂性地層，一般當(dāng)降水深度為5.0m時(shí)，地表沉降在20mm～30mm左右。

[1] 寇秉厚.杭州地鐵地質(zhì)概況與工程(水文)地質(zhì)條件[Z].

[2] 吳林高，李 國.基坑工程降水案例[M].北京：人民交通出版社,2009.

[3] DB 33/T 1008-2000，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程[S].

[4] DBJ 8-61-97，基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

Research on external foundation pit dewatering of subway station

ZHONG Fang-jie QIU Fan

(ZhejiangAcademyofTrafficPlanning&Design,Hangzhou310000,China)

Taking external foundation pit dewatering of Hangzhou subway station as an example, the paper analyzes the relationship of external foundation pit dewatering and enclosure structure deformation, and initially studies the impact of external foundation pit dewatering upon surrounding environment, and obtains dewatering depth and subsidence value of sandy stratum in Hangzhou, and finally points out that: external foundation pit dewatering has great effect for reducing foundation deformation and support axial stress.

subway station, external foundation pit dewatering, enclosure structure, relationship

1009-6825(2014)22-0061-03

2014-05-09

鐘方杰(1981- )，男，碩士，工程師； 邱 凡(1982- )，男，碩士，工程師

U231.4

A