關(guān)于深基坑開(kāi)挖及降水引起的鄰近淺基礎(chǔ)沉降的研究

（安徽華電工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230041）

引言：在當(dāng)前建筑施工中，深基坑工程的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，這要求建筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)必須保持足夠的穩(wěn)定狀態(tài)，使基坑周圍不會(huì)產(chǎn)生土體變形問(wèn)題，保持周圍建筑的安全穩(wěn)定。與此同時(shí)，深基坑開(kāi)挖時(shí)要保證淺基礎(chǔ)不會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)狀，防止地下管線遭受破壞，避免滲流現(xiàn)象出現(xiàn)，從而保證深基坑工程的整體質(zhì)量。

一、深基坑開(kāi)挖及降水引起的鄰近淺基礎(chǔ)沉降研究

（一）地質(zhì)條件分析

以某工程施工為例，工程采用了明挖順作法，基坑主體位置有五道豎向支撐，第一層是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的支撐，下部為四層橫向鋼管支撐。基坑開(kāi)挖時(shí)結(jié)合實(shí)際施工進(jìn)度應(yīng)用吊裝鋼管的方式完成支撐處理，使連續(xù)墻擁有穩(wěn)定性。場(chǎng)地整體來(lái)看比較平坦，只有小部分帶有起伏，地層部分均勻，以基坑為中心，兩側(cè)有一定的差異，地下水充足，水位較高。地層表面覆蓋了不同種類的填土，主要為雜填土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂等，地層存在風(fēng)化問(wèn)題，土質(zhì)成分比較復(fù)雜，從力學(xué)角度來(lái)看，力學(xué)性質(zhì)分布的不均勻，這給深基坑開(kāi)挖施工帶來(lái)一定難度。此外，降水時(shí)也會(huì)對(duì)基坑工程造成影響，在某種程度上引發(fā)臨近淺基礎(chǔ)的沉降問(wèn)題[1]。

（二）建立有限元分析模型

采用摩爾庫(kù)倫模型分析深基坑土體結(jié)構(gòu)，建立有限元模型?；娱_(kāi)挖時(shí)在寬度的影響范圍為3-4H，在深度的影響范圍為2-4H，其中H 指的是基坑開(kāi)挖的深度。本工程的基坑尺寸是80×40×10m，屬于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使用半結(jié)構(gòu)展開(kāi)模型計(jì)算?；娱_(kāi)挖的深度是10m，尺寸向邊延長(zhǎng)40m，所以選用尺寸為120×100×40m 的土體模型即可。對(duì)臨近的建筑物進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，構(gòu)造整體框架，將填充的墻體轉(zhuǎn)化為均勻布荷載并作用在梁結(jié)構(gòu)上，將室內(nèi)的活荷載轉(zhuǎn)為樓板位置。模擬支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，地下的連續(xù)墻可以使用實(shí)體單元，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)可以使用梁?jiǎn)卧?。按照以下基坑開(kāi)挖程序進(jìn)行施工：第一步為地應(yīng)力平衡；第二步為激活建筑物并開(kāi)始初始沉降；第三步是設(shè)置地下連續(xù)墻，并開(kāi)挖到2m 的位置；第四步是設(shè)置第一道支撐，逐步開(kāi)挖到4m 和5.5m；第五步是設(shè)置第二道支撐，逐步開(kāi)挖至7m 和8.5m、10m。按照開(kāi)挖的實(shí)際情況，分析當(dāng)前臨近淺基礎(chǔ)的沉降問(wèn)題。

二、研究結(jié)果

（一）施工引發(fā)的變形問(wèn)題

分析地下連續(xù)墻在水平變形上存在的規(guī)律，對(duì)深基坑施工工程進(jìn)行基坑開(kāi)挖與降水的研究，探究工程推進(jìn)的同時(shí)對(duì)臨近建筑物產(chǎn)生的沉降現(xiàn)象。地下連續(xù)墻產(chǎn)生水平位移是因?yàn)槭┕r(shí)對(duì)墻體兩側(cè)土體造成了擾動(dòng)，墻體兩側(cè)受到的水平方向上力的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致墻體處于失衡狀態(tài)，這是墻體變形的一個(gè)重要原因。周圍土體受力變化，隨后達(dá)到平衡受力狀態(tài)。一般情況下，深基坑施工工程中地下連續(xù)墻是朝著基坑內(nèi)部方向進(jìn)行的水平位移，人們?cè)陂_(kāi)挖第一層土的時(shí)候，地下連續(xù)墻頂端水平位移明顯，這是因?yàn)槭┕挝贿€沒(méi)有安裝第一道支撐結(jié)構(gòu)。安裝支撐后再進(jìn)行基坑開(kāi)挖和降水工作，此時(shí)地下連續(xù)墻頂端將不會(huì)出現(xiàn)位移問(wèn)題。為了保持墻體的整體穩(wěn)定性，第一道支撐十分重要，這是保證深基坑施工工程的關(guān)鍵，無(wú)論什么樣的工況，維護(hù)墻體都會(huì)在開(kāi)挖面周圍產(chǎn)生變形，當(dāng)開(kāi)挖作業(yè)到達(dá)基坑底部時(shí)，開(kāi)挖地面也會(huì)產(chǎn)生變形。本工程產(chǎn)生的最大水平位移就是在坑底的上部，和地面之間有3m 左右的距離。分析數(shù)據(jù)，了解土層設(shè)置情況，會(huì)發(fā)現(xiàn)在不同混合巖體的分界位置上，受基坑外部壓力的影響，基坑的變形程度最大位置開(kāi)始上衣，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)不良土層的位置會(huì)對(duì)變形的墻體位置產(chǎn)生影響[2]。

（二）地質(zhì)條件造成的淺基礎(chǔ)沉降影響

地質(zhì)條件不同，對(duì)地下連續(xù)墻產(chǎn)生的影響也會(huì)不同，建筑基礎(chǔ)和墻體變形規(guī)律也會(huì)產(chǎn)生變化。如果地下連續(xù)墻屬于中風(fēng)化巖，周圍環(huán)境的地表沉降分布和水平方向位移將會(huì)有一定的規(guī)律。在深基坑開(kāi)挖到坑底部位時(shí)，地下連續(xù)墻的位移在側(cè)向上將會(huì)增加23%左右，連續(xù)墻底部位置產(chǎn)生的側(cè)向位移也會(huì)比原來(lái)大6 倍以上。將中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖的連續(xù)墻產(chǎn)生的水平位移和沉降對(duì)比，發(fā)現(xiàn)淺基礎(chǔ)沉降時(shí)，基礎(chǔ)面一直保持平面，平均沉降就是一兩角點(diǎn)為基礎(chǔ)計(jì)算的平均值；差異沉降是兩角點(diǎn)上的差值。與微風(fēng)化巖相比，中風(fēng)化巖狀態(tài)下的地下連續(xù)墻存在更加明顯的沉降問(wèn)題，這說(shuō)明中風(fēng)化巖的滲透性更加高。造成這一情況的原因主要為兩方面：一方面，中風(fēng)化巖的滲透性更強(qiáng)；另一方面，中風(fēng)化巖的變形模量比微風(fēng)化巖要小，受降水的影響，深基坑的臨近淺基礎(chǔ)沉降增量不同，有效應(yīng)力因此而增加。此外，深基坑開(kāi)挖深度也會(huì)對(duì)基礎(chǔ)底部的應(yīng)力產(chǎn)生影響，以某個(gè)應(yīng)力較大的點(diǎn)為例，開(kāi)挖前應(yīng)力是4.1.4kPa，開(kāi)挖后應(yīng)力是407.7kPa，增幅1.56%。可知基坑開(kāi)挖會(huì)讓條形基礎(chǔ)底部的應(yīng)力增大，基坑開(kāi)挖的深度越深，底部應(yīng)力就會(huì)越大。和沉降量相同，在基坑開(kāi)挖的前期，靠近深基坑測(cè)點(diǎn)位置的應(yīng)力將會(huì)明顯增加。

總結(jié)：總而言之，深基坑工程施工中，實(shí)際施工將會(huì)給周圍建筑和臨近地面基礎(chǔ)帶來(lái)不同的變化?？梢詮纳罨娱_(kāi)挖和降水情況出發(fā)，對(duì)臨近淺層基礎(chǔ)的沉降情況展開(kāi)分析，探究地質(zhì)條件不同給地面帶來(lái)的沉降問(wèn)題，通過(guò)建立有限元分析模型，驗(yàn)證地面沉降的相關(guān)影響因素。