賀鵬晨

(同濟大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200082)

He Pengchen(School of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200082，China)

軟土地區(qū)某深基坑圍護墻變形時空效應(yīng)分析

賀鵬晨

(同濟大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200082)

依托上海市區(qū)某深基坑工程實踐，并結(jié)合施工實測數(shù)據(jù)，分別對地連墻的側(cè)移變形分布與發(fā)展規(guī)律進行了空間和時間兩個維度分析，結(jié)果表明:軟土地區(qū)基坑地連墻的側(cè)移具有明顯的空間效應(yīng)與時間效應(yīng)。

深基坑，地連墻，時空效應(yīng)，監(jiān)測方案

0 引言

隨著上海城市化進程的不斷推進，市區(qū)用地日益緊張，位于城市中心區(qū)域的深基坑工程必然會出現(xiàn)大量相鄰建(構(gòu))筑物保護的巖土工程問題。大量的學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)［1-4］，基坑的開挖尺寸及施工耗時對基坑支護體系的變形和穩(wěn)定性會產(chǎn)生極大的影響。針對基坑變形的這一特性，劉建航［5，6］結(jié)合上海地區(qū)的基坑工程的案例，提出了考慮時空效應(yīng)預(yù)測基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的理論，并把時空效應(yīng)理論引入基坑施工過程，將施工參數(shù)作為必須的設(shè)計依據(jù)，從而最大程度地減小基坑開挖對周邊環(huán)境的影響，為軟土基坑工程面向信息化施工的動態(tài)設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。

然而，由于土力學(xué)和土體工程的復(fù)雜性，加之現(xiàn)階段基坑規(guī)模不斷加大加深，周邊環(huán)境條件越來越苛刻，所以有必要對當(dāng)前典型基坑工程的時空效應(yīng)規(guī)律進行總結(jié)分析，更深層次地掌握上海市軟土地層特性和基坑圍護結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，為深基坑設(shè)計及施工的優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)。本文結(jié)合上海市區(qū)某深基坑工程，在現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對基坑開挖過程中圍護墻的側(cè)向變形情況進行時空效應(yīng)分析，以期為上海市區(qū)同類工程提供一定參考。

1 工程簡介

1.1 工程概況

上海市區(qū)某擴建工程，基坑總面積約3 100 m2，基坑周長約260 m，擬建場地建筑范圍內(nèi)設(shè)有3層地下室，主樓區(qū)開挖深度為15.1 m，裙樓區(qū)開挖深度為17 m。本工程場地屬于上海地區(qū)“濱海平原”地貌類型，詳細(xì)勘察報告資料如表1所示?；訄龅販\部地下水屬于潛水類型，地下水位平均埋深0.5 m。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

1.2 基坑開挖圍護方案

結(jié)合地下連續(xù)墻設(shè)置三道混凝土支撐?？紤]到基坑周圍為歷史保護建筑、居民住宅以及市區(qū)重要道路，根據(jù)現(xiàn)有施工工藝，圍護結(jié)構(gòu)在一般區(qū)域選用地下連續(xù)墻?；訃o平面布置及監(jiān)測點布置情況如圖1所示。

圖1 基坑總體布局與監(jiān)測點布置

2 開挖與監(jiān)測方案

2.1 開挖方案

在基坑開挖時，按照時空效應(yīng)原理控制地下連續(xù)墻及坑外土體的位移，如圖1所示，將基坑分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，采取分區(qū)、分層、對稱均衡的土方開挖方案。

具體施工工況信息見表2。

表2 施工工況

2.2 監(jiān)測方案

本項目實施信息化施工，監(jiān)測單位在基坑四面共埋置了14個地連墻和坑外土體測斜點。測點具體位置見圖1，圖中CX 和WC分別為地連墻測斜和地表沉降的測點編號。

3 地連墻側(cè)移的空間效應(yīng)

3.1 地連墻側(cè)移的平面分布

圖2為各測點在不同工況下的最大側(cè)移。從地連墻側(cè)斜點的空間分布來看，可以得出:

1)基坑?xùn)|側(cè)地連墻的側(cè)移值普遍小于其他部位地連墻的側(cè)移值。

東側(cè)最小測斜為CX8點(47.53 mm)，而在相同工況下的CX13點的測斜值為77.25 mm，兩者相差62.5%。這是因為東側(cè)環(huán)境等級要求高，故設(shè)計時將地連墻的厚度提高到1.2 m，其他一般區(qū)域的地連墻則為1.0 m。加大地連墻厚度，對增強地連墻剛度，減小地連墻的測斜有很大的作用。

2)側(cè)移最大的點位于基坑西側(cè)，在 CX14位置，高達(dá)77.25 mm，其次才是位于長邊中點的CX10測點(72.14 mm)。

基坑南側(cè)的開挖寬度與基坑西側(cè)的開挖寬度相差不大，兩測點均受長邊效應(yīng)的影響，但是CX14處地連墻無對撐作用，與之相近的測斜點CX13處的測移由于受對撐棧橋的約束作用，其圍護墻變形值則大大減小(56.34 mm)，且基坑南側(cè)坑內(nèi)采用了一排攪拌樁加固，有效的控制了地連墻的測移。故在設(shè)置對撐棧橋減小基坑長邊跨中位置的圍護墻變形的同時，也要考慮跨中對撐附近墻體的變形，應(yīng)采取相應(yīng)的加固等措施。

圖2 各測點在不同工況下的最大側(cè)移

3.2 地連墻側(cè)移的豎向分布

如圖3所示為各典型測斜點在各工況下的變形情況。由于在開挖前先采用高強度現(xiàn)澆混凝土支撐，故各測點的地連墻側(cè)向變形整體都呈現(xiàn)向坑內(nèi)的“鼓肚形”的變形模式，墻頂和墻底側(cè)向變形相對較小，坑底附近地連墻的變形較大。

位于基坑裙樓區(qū)的測點CX1和CX13中圍護墻的最大側(cè)移發(fā)生位置的深度均不大于裙樓區(qū)的開挖深度17 m;而位于主樓區(qū)的測點CX7和CX10最大側(cè)移深度都約等于基坑開挖深度15.1 m。徐中華［7］統(tǒng)計分析了上海地區(qū)部分基坑最大側(cè)移深度與開挖深度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)開挖深度小于16 m時，墻體最大側(cè)移位置位于開挖面附近，而當(dāng)開挖深度大于16 m，最大側(cè)移位置都位于開挖面之上，本文的規(guī)律與其研究結(jié)論相符。

4 地連墻側(cè)移的時間效應(yīng)

地連墻測移隨時間的變化規(guī)律。

從圖3中可以看出，在工況2時墻頂?shù)淖冃问苁讓又蔚募s束變形作用，所以變化很小，墻體的變形向下部發(fā)展，各測點的變形分布及其最大變形數(shù)值都比較接近，且最大變形地深度也都大致位于開挖面附近，其中最大變形為22.02 mm，在CX13測點處。工況3時地連墻的最大變形為38.02 mm，位于CX10測點，較上一工況的最大位移增長了約72.6%。工況4時基坑開挖至坑底，圍護墻各測點變形增長速度最快，基坑Ⅰ區(qū)附近圍護墻的最大側(cè)移位于開挖面以上的位置，基坑Ⅱ區(qū)及Ⅲ區(qū)的圍護墻最大側(cè)移則一般位于開挖面附近。工況5與工況6時坑底已經(jīng)澆筑底板，此時地連墻測點變形增長很小。最后在工況7時拆除支撐，使得地連墻的變形有所增長。

圖3 圍護墻在各工況下的側(cè)移

5 結(jié)語

對上海軟弱地層深基坑工程的地連墻側(cè)移情況進行時空效應(yīng)分析，得到以下結(jié)論:

1)地連墻的側(cè)移具有明顯的空間效應(yīng)。

跨中位置地連墻的側(cè)移最大，長邊效應(yīng)明顯。然而在基坑長邊跨中采用對撐棧橋約束地連墻的側(cè)移時，棧橋兩側(cè)地連墻的側(cè)移反而會比跨中的側(cè)移大。

2)圍護墻最大側(cè)移深度與開挖面以下土層的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，直觀的表現(xiàn)與基坑開挖深度存在一定的關(guān)系。在上海地區(qū)，基坑開挖深度小于16 m時墻體最大側(cè)移位置位于開挖面附近，而當(dāng)開挖深度大于16 m時，最大側(cè)移位置都位于開挖面之上。

3)基坑開挖的時間效應(yīng)明顯。地連墻的變形隨著基坑土方的不斷開挖而逐漸增長，且增長速率不斷增大。地連墻的主要側(cè)移量發(fā)生在開挖到坑底時，此階段地連墻的側(cè)移值增長速率達(dá)到最大。

［1］ Clough，G Wayne，Tsui，Yuet.Performance of tied-back walls in clay［J］.Journal of the Geotechnical Engineering Division，1974，100(12):1259-1273.

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［3］ Clough，G Wayne，Tan，David Y，Kuck，William M，et al.Development of designprocedures for stabilized soil support systems for soft ground tunneling volume II preliminary results［J］.United States Department of Transportation，1977，(Report)DOT/ TST:77-74.

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［5］ 劉建航，劉國彬，范益群.軟土基坑工程中時空效應(yīng)理論與實踐(上)［J］.地下工程與隧道，1999(3):7-12.

［6］ 劉建航，劉國彬，范益群.軟土基坑工程中時空效應(yīng)理論與實踐(下)［J］.地下工程與隧道，1999(4):10-14.

［7］ 徐中華.上海地區(qū)支護結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的深基坑變形性狀研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2007.

Time-space effect analysis of retaining wall of a deep exacavation in soft soil

Based on field measured data from a deep foundation pit practice in Shanghai，this paper analyses the distribution and pattern of lateral displacement from the perspectives of time and space.The results show that retaining wall in soft soil is provided with space effect，and time effect is very obvious.

deep foundation pit，lateral displacement of continuous wall，time-space effect，monitoring scheme

He Pengchen
(School of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200082，China)

O319.56

A

1009-6825(2016)35-0078-03

2016-10-10

賀鵬晨(1992-)，男，在讀碩士