浙江地區(qū)軟弱土深基坑變形特點及預(yù)測分析

丁 智，王 達(dá)，王金艷，魏新江

（浙江大學(xué)城市學(xué)院 土木工程系，浙江 杭州 310015）

1 引 言

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，深基坑的施工越來越普遍，規(guī)模也越來越大。為安全施工考慮，基坑監(jiān)測已經(jīng)成為深基坑施工不可或缺的一部分。但深基坑是一個區(qū)域性很強(qiáng)的工程，監(jiān)測預(yù)警值在不同地區(qū)往往差別較大。

深基坑的變形特點一直都有學(xué)者研究，并得出一些結(jié)論。楊敏等[1]對上海深基坑的周邊沉降特點進(jìn)行了分析，提出了計算偏心距來預(yù)測凹槽型沉降曲線的方法。丁勇春等[2]研究上海地區(qū)的軟土深基坑變形特征，可為上海地區(qū)的深基坑變形提供了一定的借鑒。浙江地區(qū)的深基坑變形分析大多只針對單一基坑諸如應(yīng)宏偉等[3]對杭州單一軟土基坑的變形特征的分析，而統(tǒng)計分析大量浙江軟土深基坑，總結(jié)其變形規(guī)律的報道卻少有出現(xiàn)。

本文針對深厚軟土廣泛分布的浙江省，以近年若干深基坑施工監(jiān)測實例為依據(jù)，分析了軟土大背景下的深基坑變形特點及影響最大側(cè)移的相關(guān)因素，并提出預(yù)測基坑側(cè)移曲線的方法，可為今后的深基坑施工和設(shè)計提供借鑒意義。

2 基坑工程實例

本文收集了浙江地區(qū)37個基坑實例，見表1。表中基坑的基本信息包括最大開挖深度、周邊最大沉降、最大側(cè)向位移、支護(hù)種類、主要土質(zhì)類型。其中最大側(cè)向位移為基坑側(cè)移曲線上的最大位移；基坑支護(hù)均為剛度較大的圍護(hù)樁或地下連續(xù)墻；且均為黏性土土質(zhì)。

3 深基坑側(cè)向位移及周邊沉降特點

深基坑在水平方向主要是坑壁土體側(cè)移，在豎直方向上的變形則是基坑周邊土體沉降。文中各符號意義如圖1所示。

表1 基坑工程實例匯總Table 1 Excavation project summary

圖1 基坑各符號含義Fig.1 Meaning of symbols for foundation pit

3.1 深基坑側(cè)向位移特點

深基坑的側(cè)向位移一般由測斜孔的側(cè)移曲線來反映，側(cè)移曲線會受工況、施工條件等因素影響，側(cè)移曲線的形狀反映了基坑水平位移情況。

3.1.1 深基坑側(cè)移曲線形狀特點

以側(cè)移規(guī)模的大小差異，取杭州市6個不同規(guī)模的基坑[17－18]，其側(cè)移數(shù)據(jù)均為實測數(shù)據(jù)，繪出側(cè)移曲線如圖2所示。從圖中可以看出，基坑的側(cè)移曲線大致分為兩種：（1）倒三角形，如廣川的萊茵達(dá)大廈基坑。這種側(cè)移曲線上大下小，一般出現(xiàn)在側(cè)移量較小的基坑中，而且與支護(hù)形式有較大關(guān)系。一般來說，小剛度的圍護(hù)結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生這種形式的側(cè)移。（2）弓形，如慶春路過江隧道南工作井基坑。這種側(cè)移曲線兩端窄，中間寬，一般出現(xiàn)在側(cè)移量較大的基坑中，在開挖深度較大的基坑中比較常見，且浙江軟土深基坑側(cè)移曲線主要以弓形為主[18]。

圖2 深基坑側(cè)移曲線Fig.2 Lateral displacement curves of deep foundation pits

3.1.2 深基坑最大側(cè)移深度特點

圖3 開挖深度-最大側(cè)向位移深度關(guān)系Fig.3 Relationships between excavation depth and depth of maximum lateral displacement points

3.2 深基坑周邊沉降特點

以沉降規(guī)模的大小差異，選取杭州市3個不同規(guī)模的基坑的4條周邊沉降曲線，其沉降量均為實測數(shù)據(jù)，數(shù)值為基坑開挖到坑底時的沉降，繪制沉降曲線如圖4所示。圖中，橫坐標(biāo)λ為測點距基坑的水平距離 X(m)與基坑最大開挖深度 H(m)之比；縱坐標(biāo)vδ為測點的沉降值。

3.2.1 深基坑沉降曲線特點

Clough[20]認(rèn)為，基坑的地表沉降曲線的分布形式取決于沉降量的大小，沉降量小為拋物線形，沉降量大為三角形。圖4較好地印證了這一結(jié)論，慶春路過江隧道南工作井中坑、西坑最大沉降量分別為10 mm和11 mm，屬于小沉降量，沉降曲線呈拋物線形。秋濤路基坑南側(cè)及紫金港隧道基坑的最大沉降量分別為43 mm與29 mm，屬于大沉降量，其沉降曲線呈三角形。

圖4 深基坑沉降曲線Fig.4 Subsidence curves of deep foundation pits

3.2.2 深基坑最大沉降量特點

圖5 開挖深度與最大沉降量曲線Fig.5 Curves of excavation depth vs.maximum subsidence

4 影響最大側(cè)移的因素及分析

影響水平位移的因素有很多，基坑的側(cè)向變形是個多元的問題，基坑支護(hù)形式為大剛度圍護(hù)結(jié)構(gòu)（樁圍護(hù)與地下連續(xù)墻）時，本文主要分析了基坑深度、周邊沉降量對黏性土基坑側(cè)移的影響。

4.1 最大側(cè)移與開挖深度的關(guān)系

根據(jù)表1中基坑的資料繪制開挖深度與最大側(cè)移的關(guān)系如圖 6所示。圖中，δhm的值的變化范圍在(0.041%～0.945%)H，均值為0.339%H，其中較多數(shù)據(jù)點在均值線以上，說明黏性土基坑的側(cè)移易發(fā)展的特點，受工況影響較大。

圖6 開挖深度與最大側(cè)移關(guān)系Fig.6 Curves of excavation depth vs. maximum lateral displacement

4.2 最大側(cè)移與周邊沉降的關(guān)系

圖7為根據(jù)表1基坑的資料繪出的各個基坑典型測點的最大沉降與最大側(cè)移的關(guān)系曲線。

5 深基坑側(cè)移曲線預(yù)測方法

基于一系列統(tǒng)計數(shù)據(jù)，根據(jù)開挖深度、最大沉降與最大側(cè)移的關(guān)系，結(jié)合側(cè)移曲線特點擬定了側(cè)移曲線的預(yù)測方法，適用于開挖深度較大，且以地下連續(xù)墻或樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的黏性土深基坑。

5.1 最大側(cè)移的預(yù)測

式中：δhm1為基于開挖深度H(m)計算的最大側(cè)移值（mm）；δhm2為基于最大沉降δvm計算的最大側(cè)移值（mm）；M為經(jīng)驗系數(shù)，取3.39 mm/m；N為經(jīng)驗系數(shù)，取1.43；δhm為綜合δhm1與δhm2的最終最大側(cè)移預(yù)測值（mm）；1λ、2λ為相關(guān)系數(shù)，且1λ+2λ=1。1λ、2λ根據(jù)表1中編號為1～20的20個基坑數(shù)據(jù)（1～25號基坑排列順序隨機(jī)），采用二分法逼近取值的方法，使30個樣本的預(yù)測值與實際值方差最小。最終取得1λ= 0.45，2λ= 0.55。

取表1中編號21～25的基坑為預(yù)測對象，預(yù)測值與實際值對比見圖8。

圖8 最大側(cè)移預(yù)測值與實際值對比Fig.8 Comparision between predicted values and actual values of maximum lateral displacement of foundation pits

從圖8中可以看出，2組數(shù)據(jù)除23號基坑外有一定吻合度，使用該方法預(yù)測基坑最大側(cè)移，計算簡單，結(jié)果可做一定參考，隨著基坑實例的增多，其經(jīng)驗系數(shù)也將更加接近實際，預(yù)測更加精準(zhǔn)。

5.2 側(cè)移曲線的預(yù)測

根據(jù)3個邊界條件即可以確定側(cè)移曲線。圖9為4個基坑依據(jù)該法預(yù)測得到的側(cè)移曲線與實測側(cè)移曲線對比。4個基坑分別為新塘、景芳交叉口基坑、秋濤路車站基坑、浙江匯豐商務(wù)大廈基坑和慶春路過江隧道基坑。從圖中可以看出，依據(jù)該法預(yù)測得到的基坑側(cè)移曲線與實測曲線吻合度較高。具有簡單方便的特點，根據(jù)開挖深度和最大沉降及側(cè)移量3個條件即可預(yù)測側(cè)移曲線。

圖9 基坑預(yù)測側(cè)移曲線與實測側(cè)移曲線對比Fig.9 Predicted inclinometer and actual inclinometer comparison curves of foundation pit

6 結(jié) 論

（1）浙江軟土地區(qū)，深基坑的最大側(cè)移點在開挖初期出現(xiàn)在開挖面以下，挖至坑底后一般在開挖面附近。整個開挖過程中，最大側(cè)移點深度范圍在開挖面以上4 m至開挖面以下7 m之間波動。最大沉降一般出現(xiàn)在距坑邊0.5倍開挖深度處。浙江深基坑的最大側(cè)移量δhm與最大沉降量δvm都與開挖深度密切相關(guān)，大體上呈線性增長關(guān)系。

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