付 麗 李晶巖

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)的城市建設(shè)發(fā)展迅速，城市的規(guī)模以及人口都有了巨大的增長(zhǎng)。同時(shí)作為城市化的產(chǎn)物之一高層建筑不僅在數(shù)量上越來(lái)越多，而且在高度上也越來(lái)越高，基坑的面積和深度也向大而深的方向發(fā)展，而在地下水位高的地區(qū)，工人需要干燥的工作環(huán)境，其施工過(guò)程中必須降水。

有效降水可以給施工人員提供干燥工作面，避免水下作業(yè)，使基坑施工能在水位以上進(jìn)行，為施工人員提供操作可能性，也有利于提高施工質(zhì)量。消除及減少作用在邊坡或坑壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的靜水壓力與滲透壓力，提高邊坡或圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。防止地下水因滲流而產(chǎn)生流砂、管涌等破壞作用。

但降水也有不利作用，對(duì)鄰近環(huán)境有不良影響，主要是隨著地下水位的降低，在水位下降的漏斗范圍內(nèi)，土體的自重將增大，這樣在降水水位影響范圍的地面，包括建(構(gòu))筑物就會(huì)產(chǎn)生附加沉降，該附加沉降在上部結(jié)構(gòu)中再次產(chǎn)生附加應(yīng)力增量，該結(jié)構(gòu)內(nèi)力大于結(jié)構(gòu)的抗力時(shí)，上部結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂，對(duì)鄰近環(huán)境總是會(huì)有或大或小的影響，如果不認(rèn)真對(duì)待，就會(huì)造成嚴(yán)重的后果。

本文以實(shí)際深基坑降水工程為依托，研究鄰近基坑降水引起的地面沉降對(duì)建筑物的影響。

2 降水引起沉降機(jī)理方程建立

測(cè)壓管水頭為:

其中，z為某點(diǎn)相對(duì)于任意選定的基準(zhǔn)面的高度，稱為位置水頭，m;p為某點(diǎn)的水壓力，在土力學(xué)中稱為孔隙水壓力，Pa;γw為水的容重，N/m3;為某點(diǎn)孔隙水壓力的水柱高度，稱為壓力水頭，m;總水頭為測(cè)壓水頭和流速水頭之和，即:

其中，vw為某點(diǎn)處的滲流速度，m/s;為流速水頭，m。

由于土中滲流阻力較大，地下水的運(yùn)動(dòng)很緩慢，流速水頭很小，可以忽略不計(jì)。因此在滲流計(jì)算中，可以認(rèn)為總水頭h等于測(cè)壓管水頭hn，即:

根據(jù)有效應(yīng)力原理，某點(diǎn)處豎向有效應(yīng)力σ'應(yīng)為:

滲流的連續(xù)性方程:

滲流基本微分方程:

3 模型建立

地質(zhì)條件:根據(jù)勘察設(shè)計(jì)院提供的地質(zhì)資料，勘察期間場(chǎng)區(qū)地下水位:初見水位為-6.6 m～-7.2 m，靜止水位為-6.6 m～-7.2 m，其穩(wěn)定水位基本判定在-6.6 m，考慮到水位上漲等因素，地下靜止水位按-6.0 m作為本工程的靜止水位。擬建工程基底埋深9.0 m(自然地面起算)，為保證在基礎(chǔ)開挖及基礎(chǔ)施工過(guò)程中正常施工，并考慮降水液面與基礎(chǔ)最低點(diǎn)的安全距離為0.5 m，故其地下水位必須降至-9.5 m(自然地面起算)以下。

①雜填土:含碎石、灰渣、砂土建筑垃圾和生活垃圾，層底埋深2.0 m～3.6 m。②粉質(zhì)粘土:黃褐色，飽和、流塑，中～高壓縮性，層底埋深5.6m～6.8m，層厚3.5m～4.6m。③粘土、粉質(zhì)粘土:黑褐色～黃褐色，可塑，中壓縮性，層底埋深2.5 m～7.4 m。④粉質(zhì)粘土:灰褐色，軟塑，流塑，中～高壓縮性，層底埋深4.7 m～8.2 m。⑤粉砂:黃色～灰色，可塑，稍密，濕～飽和，層底埋深7.0 m～14.0 m。⑥細(xì)砂:黃色～灰色，可塑，稍密，飽和，層底埋深12.2 m～16.8 m。厚度6.0 m～9.2 m。⑦中砂:黃色～灰色，可塑，稍密～中密，飽和，層底埋深16.7 m～20.1 m。最大厚度7.0 m。⑧粉質(zhì)粘土:灰色，可塑，中壓縮性，層底埋深18.2 m。⑨粉質(zhì)粘土:灰色，可塑，中壓縮性，層底埋深19.0 m～24.6 m。

本模型使用六面體單元，單元數(shù)量為153 600個(gè)。

初始條件:計(jì)算模型的應(yīng)力初始條件由自重應(yīng)力生成，計(jì)算模型的滲流初始條件為定水頭，初始潛水位在地表以下6 m處。

邊界條件:左右邊界作為定水頭邊界(補(bǔ)給邊界)，左右計(jì)算邊界為基坑深度的3倍(20 m)，在基坑壁處有止水帷幕，所以降水對(duì)左右計(jì)算邊界的水位影響很小。下邊界作為流量為零邊界，下邊界取基坑深度的5倍(32 m)，降水對(duì)此邊界影響很小。

4 計(jì)算結(jié)果

圖1為建筑物角點(diǎn)的豎向位移隨井點(diǎn)至建筑物角點(diǎn)的距離改變的變化規(guī)律。由圖1可見，在井點(diǎn)至建筑物角點(diǎn)的距離為29 m～39.5m時(shí)，曲線的斜率很緩，位移隨井點(diǎn)至建筑物角點(diǎn)距離變化很小，位移增大趨勢(shì)不明顯;在井點(diǎn)至建筑物角點(diǎn)的距離為17m～29 m時(shí)，曲線斜率開始變陡，建筑物角點(diǎn)位移隨井點(diǎn)至建筑物角點(diǎn)距離變化增大，位移增大趨勢(shì)明顯。圖2是在井深發(fā)生變化的情況下，建筑物角點(diǎn)的豎向位移隨其變化的規(guī)律。由圖2得出，在井深為12 m～15m時(shí)，曲線斜率很緩，位移隨井深變化很小，位移增大趨勢(shì)不明顯;在井深為15 m～24 m時(shí)，曲線斜率開始變陡，位移隨井深增大開始增大，位移增大趨勢(shì)較明顯。

圖3為建筑物角點(diǎn)的豎向位移隨抽水量改變的變化規(guī)律。由圖3得出，在抽水量為3 m3/h～6 m3/h時(shí)，曲線的斜率很緩，位移隨抽水量變化很小，位移增大趨勢(shì)不明顯;在抽水量為6 m3/h～12 m3/h時(shí)，曲線斜率開始變陡，建筑物角點(diǎn)位移隨抽水量增大開始增大，位移增大趨勢(shì)明顯;在抽水量為3 m3/h～6 m3/h時(shí)，曲線的斜率很緩，水位隨抽水量變化很小，水位減小趨勢(shì)不明顯;在抽水量為6 m3/h～12 m3/h時(shí)，曲線斜率開始變陡，水位隨抽水量增大開始減小，水位減小趨勢(shì)明顯。

圖4為建筑物角點(diǎn)的豎向位移隨滲透系數(shù)改變的變化規(guī)律。由圖4得出，在滲透系數(shù)為3m/d～6m/d時(shí)，曲線的斜率很緩，位移隨滲透系數(shù)變化很小，位移增大趨勢(shì)不明顯;在滲透系數(shù)為6 m/d～12 m/d時(shí)，曲線斜率開始變陡，建筑物角點(diǎn)位移隨滲透系數(shù)增大開始增大，位移增大趨勢(shì)明顯。在滲透系數(shù)為3 m/d～6 m/d時(shí)，曲線的斜率很緩，水位隨滲透系數(shù)變化很小，水位減小趨勢(shì)不明顯;在滲透系數(shù)為6 m/d～12 m/d時(shí)，曲線斜率開始變陡，水位隨滲透系數(shù)增大開始減小，水位減小趨勢(shì)明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)實(shí)際工況條件下的計(jì)算，得到建筑物角點(diǎn)處豎向位移的變化規(guī)律。

1)隨著井群距離建筑物角點(diǎn)越來(lái)越近，井群對(duì)建筑物角點(diǎn)處的降水作用越來(lái)越強(qiáng)，建筑物角點(diǎn)處土中地下水位降低較大，地面沉降增加較大。

2)隨著井點(diǎn)深度越來(lái)越大，滲流路徑長(zhǎng)度不斷減小，井點(diǎn)對(duì)建筑物角點(diǎn)處的降水作用越來(lái)越強(qiáng)，使建筑物角點(diǎn)處土中地下水位降低越來(lái)越大，地面沉降增大。

3)隨著單井抽水量的逐漸增大，外界機(jī)械能量逐漸增大，井點(diǎn)對(duì)建筑物角點(diǎn)處的降水作用增強(qiáng)，建筑物角點(diǎn)處水位降低，地面沉降增大。

4)隨著止水帷幕深度的增大，滲流路徑長(zhǎng)度越來(lái)越大，井點(diǎn)對(duì)建筑物角點(diǎn)處的降水作用減弱，建筑物角點(diǎn)處土中地下水位降低越來(lái)越小，地面沉降逐漸減小。

5)本工程采用井深15 m，單井抽水量6 m3/h，止水帷幕16 m，進(jìn)行降水工程是合理的。

6)工程中使用回灌和止水帷幕兩種技術(shù)措施有效地減小了沉降變形速率。最終鄰近基坑降水引起的地面沉降僅為0.004 m，對(duì)建筑物上部結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。

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