軟土地區(qū)地下連續(xù)墻深大基坑的變形性狀研究

章敏 周奇

摘要：地下連續(xù)墻因其剛度大、強(qiáng)度高、且具有自防水性能，成為帕利塞德軟土地區(qū)深基坑支護(hù)的主要支護(hù)，以充分發(fā)揮土體在土體中的支護(hù)結(jié)構(gòu)從使用階段的作用，為了克服臨時(shí)支護(hù)開(kāi)挖階段的支護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻的缺陷往往以深基坑工程中兩墻連接形式的形式存在。因此，基坑的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)從強(qiáng)度控制轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰刂?，不僅需要滿足相鄰建筑物和管線的環(huán)境保護(hù)要求，而且還需要滿足主結(jié)構(gòu)在永久工作條件下的變形極限。利用兩墻作為地下連續(xù)墻研究基坑變形特性具有重要的工程意義。

關(guān)鍵詞：軟土地區(qū);地下連續(xù)墻;深基坑;變形特征;研究

1項(xiàng)目概述

1.1基坑綜述

某基坑開(kāi)挖面積約1×104M2，周邊約400米，形狀為矩形，地下4層，基坑開(kāi)挖深度一般為18.1m。西側(cè)基坑毗鄰海洋水族館，東側(cè)毗鄰DBS銀行，東、南、西側(cè)道路下有多條市政管線。嘉惠醫(yī)院基坑位于閔行區(qū)漕河涇開(kāi)發(fā)區(qū)，南臨秦江路，東臨桂平路?；娱_(kāi)挖面積約2.55×104M2，周邊約645米，形狀為矩形，地下三層，基坑開(kāi)挖深度一般為16.15m?；颖眰?cè)毗鄰多層辦公樓，東側(cè)和南側(cè)均為道路，地下有許多市政管線?；庸こ痰陌踩燃?jí)為1級(jí)，除嘉惠基坑西側(cè)和基坑北側(cè)為3級(jí)，其余三側(cè)為2級(jí)。

1.2外殼設(shè)計(jì)方案

針對(duì)基坑開(kāi)挖深度大、開(kāi)挖面積大、地質(zhì)條件差、對(duì)周?chē)h(huán)境保護(hù)要求高、施工場(chǎng)地空間狹小等綜合因素，基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案如下：基坑采用千米厚的“兩墻合一”。地下連續(xù)墻（環(huán)保三級(jí)采用800mm厚地墻）+4個(gè)鋼筋混凝土水平支撐。地墻兩側(cè)的淺部區(qū)域用鋼筋預(yù)加固850mm三軸攪拌樁，確保墻體質(zhì)量在②0河灘土壤。嘉惠基坑采用1000毫米厚的“兩墻一合”地下連續(xù)墻（800毫米厚的地面墻用于環(huán)保Ⅲ）+3鋼筋混凝土水平支撐;鋼筋混凝土支撐布置采用角撐+對(duì)撐形式，傳力路徑清晰簡(jiǎn)單。

2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量分析

2.1地下連續(xù)墻側(cè)向位移分析

針對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，選擇了一些典型的勘測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。（1）周邊擋墻的側(cè)向變形呈“腹鼓”拋物線形，即地墻中部側(cè)向位移較大，上部和下部側(cè)向位移較小。在相同的施工條件下，嘉輝基坑的側(cè)向位移明顯大于基坑的側(cè)向位移。當(dāng)基坑開(kāi)挖到底部時(shí)，JIAhui基坑Q14的最大側(cè)向位移為113mm，位于15m的深度。Q8坑最大側(cè)向位移為65mm，深度為17.5m。當(dāng)基坑施工達(dá)到±0時(shí)，JIAhui席席Q14的最大側(cè)向位移為126mm，胡暉基坑Q8的最大側(cè)向位移為76mm。（2）嘉輝的基坑從第一支承臺(tái)施工到樓蓋澆筑持續(xù)了120d和180d，基坑的側(cè)向位移比基坑的大一倍左右，而在基坑支護(hù)工程中，基坑支護(hù)的變形是：基坑開(kāi)挖深度比嘉惠基坑深2m。主要原因是軟土不同厚度的影響和開(kāi)挖區(qū)域的空間效應(yīng)。在開(kāi)挖深度范圍內(nèi)③和④Jiahui基坑軟土層近14m。由于②河灘土壤0層，基坑軟土平均厚度6m。此外，嘉匯基坑開(kāi)挖面積是基坑的2.5倍，基坑支護(hù)長(zhǎng)度大，剛度相對(duì)較小。（3）兩席基坑的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，地下連續(xù)墻的最大側(cè)向位移從開(kāi)挖階段到基坑底面和施工階段均增加到±0，僅為開(kāi)挖階段的10%左右?；幼冃沃饕l(fā)生在基坑開(kāi)挖階段，支護(hù)置換引起的二次變形是有限的。邊墻最大位移隨開(kāi)挖深度的增加而增大。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，基坑的最大側(cè)向位移基本在（0.1%～1%）He（開(kāi)挖深度）之間，平均最大側(cè)向位移約為0.44%。土層的分布對(duì)地下連續(xù)墻的變形影響很大，硬土層的基坑變形比軟土地基小得多。當(dāng)基坑開(kāi)挖達(dá)到底部時(shí)，基坑的平均最大側(cè)向位移為3.4%h，嘉惠基坑的平均最大側(cè)向位移為6.2%h，表明開(kāi)挖深度內(nèi)的軟土厚度對(duì)土墻最大側(cè)向位移有很大影響。

2.2坑外地表沉降分析

2.2.1坑外最大地表沉降分析?；娱_(kāi)挖引起的地表沉降會(huì)影響基坑和地下市政管線外建筑物的安全，因此有必要對(duì)基坑周?chē)牡乇沓两颠M(jìn)行研究。根據(jù)王等的統(tǒng)計(jì)，連續(xù)地下墻施工的方形基坑最大地表沉降δVm介于（0.10%～0.80%）席之間。TAN等計(jì)算了分別為（0.03%～0.20%）He和（0.05%～0.15%）He的條形地鐵車(chē)站基坑的δVM，明顯反映了基坑形狀的空間效應(yīng)以及施工方法對(duì)地表沉降的影響。

2.2.2坑外地表沉降分布規(guī)律。針對(duì)基坑外表面沉降的分布規(guī)律，鮑爾斯采用彈性地基梁法或有限元法求出了擋土墻的側(cè)向位移曲線，計(jì)算了擋土墻后土體側(cè)向位移的面積，并提出了預(yù)測(cè)的地表沉降曲線。根據(jù)對(duì)案例數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，Clough等人提出了砂和硬粘土的三角形分布沉降形式和軟至中硬粘土的梯形分布沉降形式。謝等人提出了三角形和凹槽沉降形式的預(yù)測(cè)方法，并提出了主要影響區(qū)和該影響區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，軟土地區(qū)多渠道支護(hù)基坑坑外的地表沉降形式與溝槽分布規(guī)律較為一致。

2.2.3坑外地表沉降發(fā)展規(guī)律。為了進(jìn)一步研究基坑外沉陷的發(fā)展規(guī)律，選取典型的沉降剖面P2（基坑）和D3（嘉輝基坑）進(jìn)行分析。（1）在開(kāi)挖階段，坑外地表沉降量隨開(kāi)挖量的增加而增加，且隨開(kāi)挖深度的增加，地表沉降量的增長(zhǎng)速率變陡。在開(kāi)挖階段，增長(zhǎng)速度減慢，直至逐漸穩(wěn)定。本階段結(jié)算約占總結(jié)算的15%～25%。（2）基坑外最大地表沉降發(fā)生在P2-3，墻后約1He距離。嘉匯基坑外最大地表沉降發(fā)生在壁厚約為0.5He的DB3-2。（3）在沉降值和增長(zhǎng)率方面，嘉惠基坑比基坑大約2倍，嘉惠基坑的沉降穩(wěn)定時(shí)間比基坑支護(hù)階段的基坑穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。結(jié)果表明，軟土層厚度和基坑開(kāi)挖區(qū)的大小對(duì)沉降發(fā)展速率、沉降最大位置、沉降量和穩(wěn)定時(shí)間有較大影響。

2.3墻頂部和立柱的垂直位移分析

2.3.1圍墻擋土墻頂、柱豎向位移分布規(guī)律。深基坑的大面積卸荷將導(dǎo)致基坑內(nèi)柱的回彈。柱的回彈會(huì)產(chǎn)生二次內(nèi)力，影響其穩(wěn)定性。基坑底部土壤的回彈將導(dǎo)致側(cè)柱樁的隆起，從而導(dǎo)致柱樁的張力。過(guò)大的隆起將導(dǎo)致裂縫或拉伸斷裂，從而影響基坑支護(hù)體系的安全性。學(xué)者們對(duì)立柱回彈的計(jì)算模型和理論進(jìn)行了研究，但影響立柱回彈的因素很多。例如，開(kāi)挖深度、面積、支護(hù)形式、插入比、坑底土質(zhì)條件、柱樁長(zhǎng)度和配筋以及施工工藝等方面的理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果往往相差很大。

2.3.2柱豎向位移發(fā)展規(guī)律。為了進(jìn)一步研究基坑柱隆起的發(fā)展規(guī)律，選擇了兩個(gè)基坑的拐角處、基坑附近和基坑內(nèi)的三個(gè)典型柱沉降點(diǎn)進(jìn)行分析。（1）從柱隆起的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，由于基坑底部土體的卸載回彈效應(yīng)，隆起主要發(fā)生在基坑開(kāi)挖階段。在樓板澆筑階段，由于立柱受基礎(chǔ)底板的約束，即使基坑底部土體的回彈具有時(shí)間效應(yīng)，立柱的隆起基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。在撐桿拆除階段，隨著地下結(jié)構(gòu)的施工，結(jié)構(gòu)的豎向荷載逐漸作用于工程樁基礎(chǔ)和地基土，地基土開(kāi)始進(jìn)入沉降和壓縮階段，使得樁柱有一點(diǎn)沉降位移。（2）從柱隆起的最大值來(lái)看，轉(zhuǎn)角處、坑附近和坑內(nèi)柱隆起的三個(gè)點(diǎn)分別為24mm、34mm和48mm。夾灰柱在轉(zhuǎn)角處，靠近坑，坑內(nèi)三點(diǎn)隆起分別為59mm、80mm和95mm;嘉惠基坑柱的隆起是基坑的兩倍，基坑三角處、基坑邊附近和基坑內(nèi)的豎向隆起呈非線性梯度遞增關(guān)系。

2.4坑外建筑物沉降分析

影響相鄰建筑物沉降的因素很多，如基礎(chǔ)形式和埋深、基坑距離、基坑開(kāi)挖深度、地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型等。為了研究基坑開(kāi)挖對(duì)基坑外相鄰建筑物的影響，選擇了基坑外建筑物的幾種典型沉降點(diǎn)進(jìn)行分析。相鄰建筑物對(duì)象分析為基坑?xùn)|側(cè)的DBS堤岸。地下有三層，采用樁筏基礎(chǔ)形式。離坑最近的距離為23.5m。嘉惠基坑北側(cè)為科華生物工程有限公司，地面5層，無(wú)地下室，采用承臺(tái)基礎(chǔ)形式。離坑最近的距離為10m。

3結(jié)論

（1）當(dāng)基坑開(kāi)挖到底部并構(gòu)造為±0時(shí)，擋土墻的橫向變形呈“腹脹”拋物線形狀，即墻中部的深度越大，上部和下部的深度越低?；幼冃沃饕l(fā)生在開(kāi)挖階段，支護(hù)置換引起的二次變形較為有限，僅為開(kāi)挖階段的10%左右。軟土深度對(duì)墻體的最大側(cè)向位移有很大影響。（2）軟土層厚度不僅影響坑外地表沉降最大值和距坑邊距離，而且對(duì)沉降發(fā)展速率和沉降穩(wěn)定時(shí)間有很大影響，但基本上不改變沉降槽類(lèi)型的分布格局。（3）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑擋墻頂部和基坑內(nèi)柱均呈向上隆起狀態(tài)，隆起值從坑緣向坑內(nèi)呈圓盤(pán)狀不斷增大。中部地區(qū)立柱抬升的差異不大，而基坑邊緣附近的立柱抬升差異較大，且距基坑邊緣的差值約為（1.0～1.5）He。軟土層厚度和基坑開(kāi)挖面積對(duì)立柱隆起的大小有很大影響。（4）基坑開(kāi)挖的基礎(chǔ)、埋深和基坑距對(duì)基坑外建筑物沉降有較大影響。

參考文獻(xiàn)

[1]楊永文.杭州軟土地區(qū)排樁墻與T型地連墻深基坑變形性狀研究[D].浙江大學(xué)，2012.

[2]廖少明，魏仕鋒，譚勇，柳駿茜.蘇州地區(qū)大尺度深基坑變形性狀實(shí)測(cè)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2015，37（03）：458-469.

[3]彭俊.軟土深基坑地下連續(xù)墻側(cè)向變形研究[D].廣州大學(xué)，2016.

[4]史世雍.軟土地區(qū)深基坑支護(hù)體系安全性狀動(dòng)態(tài)分析[D].同濟(jì)大學(xué)， 2007.