羅 志 華

(1.上海勘察設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司， 上海 200093；2.上海巖土與地下空間綜合測試工程技術(shù)研究中心， 上海 200093；3.上海市巖土工程專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)， 上海 200093)

對高水位地區(qū)基坑工程項(xiàng)目，基坑圍護(hù)、截水帷幕、及降水井施工完后，往往預(yù)先進(jìn)行降水試驗(yàn)，以驗(yàn)證基坑水位能否降至需求深度，或者檢測基坑圍護(hù)及截水帷幕是否發(fā)生滲漏。然而，大多數(shù)基坑圍護(hù)變形監(jiān)測是從基坑即將開挖前采集初值，開挖前預(yù)降水期間產(chǎn)生的圍護(hù)變形被清零處理。實(shí)際上，預(yù)降水期間由于坑內(nèi)外土體水壓力發(fā)生變化，基坑圍護(hù)可能已產(chǎn)生一定初始變形。由于開挖前預(yù)降水期間圍護(hù)初始變形監(jiān)測案例較少[1-5]，目前大多數(shù)關(guān)于降水對圍護(hù)變形的影響研究[6-15]都是基于開挖后降水的案例，而開挖過程中降水，坑內(nèi)水壓力和土壓力均發(fā)生減小，難以揭示單獨(dú)降水對圍護(hù)變形的影響規(guī)律。另外，現(xiàn)有規(guī)范[16]也沒有提出基坑開挖前降水對圍護(hù)變形影響的計(jì)算方法和控制措施。為此，首先基于開挖前降水試驗(yàn)過程中進(jìn)行了圍護(hù)變形監(jiān)測的工程案例，分析研究單獨(dú)降水過程對圍護(hù)變形的影響規(guī)律，然后開展三維流固耦合數(shù)值模擬分析，以揭示降水過程對基坑圍護(hù)變形的影響機(jī)理。

1 工程概況

上海某項(xiàng)目基坑呈矩形分布，長88 m，寬32 m，開挖深度約40 m，設(shè)計(jì)為地下五層結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目所在區(qū)域主要由黏性土、粉性土和砂土組成，淺部26 m分布②～⑤1層黏性土層，下部分布厚約6 m～8 m的⑤3層粉質(zhì)黏土和厚約8 m的⑤4層粉質(zhì)黏土。⑦1層砂質(zhì)粉土和⑦2層粉砂為第一承壓含水層，受古河道切割影響，層頂有一定起伏，⑦1層頂埋深39.2 m～40.0 m，⑦2層層頂埋深約41.2 m～44.8 m；⑧21層粉質(zhì)黏土與粉砂互層為弱含水層，層頂埋深59.4 m～60.2 m，該層也具有承壓性；⑨層粉砂為第二承壓含水層，層頂埋深約77.8 m～80.3 m；層粉砂為第三承壓含水層，層頂埋深約100 m。實(shí)測第⑦層承壓含水層水位埋深為5.70 m～6.94 m，第⑧21層承壓含水層水位埋深約5.7 m，第⑨層承壓含水層水位埋深約5.3 m，第層承壓含水層水位埋深約6.4 m。

基坑采用明挖順作法施工，共設(shè)置9道水平混凝土支撐，部分支撐、立柱結(jié)合永久梁、柱設(shè)置?；拥孜挥诘冖?層中，圍護(hù)形式采用厚1 200 mm、深86 m的地連墻，墻趾進(jìn)入⑨層粉砂約6 m。外設(shè)深度為64 m的TRD止水帷幕，進(jìn)入⑧21層粉質(zhì)黏土與粉砂互層約4 m，TRD距地連墻約3 m～6 m?；釉O(shè)計(jì)平面見圖1，剖面圖見圖2。

圖1 基坑設(shè)計(jì)平面圖

圖2 基坑設(shè)計(jì)剖面圖

2 降水井及監(jiān)測布置

2.1 降水井布置

根據(jù)地下水分層控制設(shè)計(jì)原則，基坑開挖面以上進(jìn)行常規(guī)疏干，坑底以下各含水層進(jìn)行降壓，降水井布置如表1所示，平面布置圖如圖3所示。

表1 降水井布置統(tǒng)計(jì)

2.2 圍護(hù)測斜監(jiān)測布置

基坑圍護(hù)共設(shè)置10個(gè)水平變形監(jiān)測點(diǎn)(測斜)，沿圍護(hù)均勻布置，編號(hào)為P01—P10,如圖3所示。

圖3 降水井及圍護(hù)測斜監(jiān)測布置平面圖

3 抽水試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 抽水試驗(yàn)概況

(1) TRD與地連墻間⑦層單井抽水。2JG7-3出水量共計(jì)855 m3，⑦層觀測井水位變化如表3所示。由于TRD完全隔斷⑦層承壓水，從表中結(jié)果可以看出，坑外(TRD外)觀測井水位變化非常小，TRD止水效果較好。

表2 抽水試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間及試驗(yàn)井

3.2 抽水試驗(yàn)結(jié)果

基坑地連墻圍護(hù)和TRD止水帷幕完成后，于12月25日前完成第一道混凝土支撐施工，隨后共進(jìn)行了5次抽水試驗(yàn)，表2所示為各次抽水試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間及抽水的試驗(yàn)井，同時(shí)基坑圍護(hù)測斜于1月4日采集監(jiān)測初值。

每年4月，則是學(xué)校的“閱讀月”，學(xué)校會(huì)借此大力倡導(dǎo)學(xué)生課外閱讀，并通過一系列行之有效的措施，提高學(xué)生課外閱讀的實(shí)效性，切實(shí)提高學(xué)生的閱讀能力，使學(xué)生在書籍的影響下健全人格，健康成長。4月23日是聯(lián)合國確定的“世界閱讀日”，也是學(xué)校的讀書節(jié)。從2008年至今，學(xué)校已開展了九屆讀書節(jié)活動(dòng)。讀書節(jié)上，學(xué)校會(huì)評選出“閱讀明星班”和每個(gè)班的“閱讀之星”，校長會(huì)親自為獲獎(jiǎng)的班級和個(gè)人頒發(fā)獎(jiǎng)狀，鼓勵(lì)學(xué)生積極閱讀，熱愛閱讀。

基坑圍護(hù)水平變形云圖如圖9—圖11所示，圍護(hù)水平變形隨抽水工況變化曲線如圖12所示，坑內(nèi)外水壓力變化如圖13所示。從分析結(jié)果可以看出，抽水試驗(yàn)導(dǎo)致圍護(hù)水平變形規(guī)律與實(shí)測結(jié)果基本吻合，由于⑨層承壓水未被隔斷，地下水補(bǔ)給較快，坑內(nèi)⑨層抽水對圍護(hù)變形影響較小?？觾?nèi)抽水引起坑內(nèi)水壓力減小，而坑外(TRD外)水壓力幾乎不變，導(dǎo)致坑外土體向坑內(nèi)發(fā)生位移，同時(shí)也可以看出，由于潛水疏干水位降深較大，對圍護(hù)的變形影響最大。

表3 TRD與地連墻間⑦層單井抽水后觀測井水位

(2) 坑內(nèi)⑨層單井抽水?？觾?nèi)2Y9-2平均出水量約210 m3/h，⑨層觀測井水位變化如表4所示，由于地連墻及TRD未隔斷⑨層承壓水，因此坑外⑨層觀測井水位有一定下降。

表4 坑內(nèi)⑨層單井抽水后觀測井水位

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用異步交流電機(jī)，但異步交流電機(jī)的輸出特性無法滿足輪對低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，需通過傳動(dòng)齒輪加以調(diào)整，從而引發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置重量增加、齒輪傳動(dòng)噪聲和能量損耗等一系列問題。

表5 坑內(nèi)⑦、⑧21層單井抽水后觀測井水位

圖4 坑內(nèi)2G7-1和2YG8-1水位變化曲線

張清元自從去河壩子上教訓(xùn)了那伙放牛娃以后，他就一直存有一個(gè)疑問。那些個(gè)壞小子們?yōu)樯兑烟菩∏坜粼诘厣蠐崤齑缴系哪穷w美人痣呢？這個(gè)疑問一直困繞了他好長時(shí)間。其實(shí)，張清元一直也在盤算著如何去捏弄一下那顆美人痣。張清元想捏弄是因?yàn)樗姷教菩∏勰穷w美人痣后確實(shí)有一種說不清道不明的躁動(dòng)。他仿佛將它看成了唐小芹的另一只眼睛。他見了這只眼，想看又不敢多瞧，像做賊樣的。所以，張清元盡量不去盯著唐小芹的那顆美人痣。

為更深入地研究基坑抽水試驗(yàn)對基坑圍護(hù)水平變形的影響，采用MIDAS/GTS巖土工程數(shù)值分析軟件，結(jié)合實(shí)際施工及抽水試驗(yàn)工況(見表7)，建立三維有限元模型，如圖7所示。土體本構(gòu)采用修正-摩爾庫侖模型；基坑地連墻和TRD止水帷幕采用二維板單元模擬，同時(shí)添加不透水界面單元模擬土體接觸，為避免TRD對地連墻圍護(hù)變形的影響，TRD板單元不設(shè)置抗彎剛度，僅考慮截水效果?；又巍鷻_、立柱及立柱樁均按照基坑設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)置。由于滲流與土體應(yīng)力變形為耦合關(guān)系，為充分評估抽水試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算時(shí)采用滲流應(yīng)力完全耦合控制方程。降水模擬采用節(jié)點(diǎn)流量邊界，按照承壓水抽水試驗(yàn)時(shí)間及抽水流量、潛水疏干抽水流量設(shè)置節(jié)點(diǎn)流量和滲流時(shí)間(見圖8)。

(4) 坑內(nèi)⑨層雙井抽水。坑內(nèi)2Y9-2、2YB9-1開啟抽水后，2Y9-2平均出水量200 m3/h，2YB9-1平均出水量100 m3/h，抽水結(jié)束后各觀測井水位變化如表6所示，其中坑內(nèi)2G9-1觀測井水位變化曲線如圖5所示。從結(jié)果可以看出，由于地連墻及TRD未隔斷⑨層，水位補(bǔ)給迅速，坑內(nèi)水位下降緩慢，且恢復(fù)非?？?，坑外⑦、⑧21層水位影響較小。

表6 坑內(nèi)⑨層雙井抽水后觀測井水位

圖5 坑內(nèi)2G9-1水位變化曲線

3.3 基坑圍護(hù)測斜變形結(jié)果

抽水試驗(yàn)過程中及結(jié)束后進(jìn)行了基坑圍護(hù)測斜監(jiān)測，基坑長邊中心測點(diǎn)P07，以及短邊測點(diǎn)P10、P05測斜隨時(shí)間變化曲線如圖6所示。從圖中可以看出，第(1)次抽水試驗(yàn)結(jié)束后(1月9日)，基坑圍護(hù)已開始向坑內(nèi)發(fā)生水平變形，其主要原因是TRD與地連墻間⑦層被隔斷，抽水后TRD外水土壓力大于TRD內(nèi)側(cè)水土壓力，進(jìn)一步導(dǎo)致基坑圍護(hù)向坑內(nèi)變形；第(4)次抽水試驗(yàn)結(jié)束后(1月14/15日)，基坑長邊P07在40 m～70 m深度已發(fā)生明顯水平變形，最大約22 mm，形狀呈鼓肚形，短邊水平變形較長邊小，但呈現(xiàn)同樣的變形規(guī)律，其中變形較大的深度正好對應(yīng)⑦、⑧21層，說明主要是由于坑內(nèi)⑦、⑧21層被隔斷，抽水后水土壓力減小，導(dǎo)致基坑圍護(hù)向坑內(nèi)變形；第(5)次疏干降水結(jié)束后(3月16日)，基坑圍護(hù)淺部發(fā)生較大水平變形，最大約53 mm，主要是由于坑內(nèi)淺部土層被疏干后，不能補(bǔ)給恢復(fù)，坑內(nèi)水土壓力減小，導(dǎo)致基坑圍護(hù)淺部向坑內(nèi)發(fā)生較大變形。

4 有限元模擬分析

4.1 模型建立

(5) 潛水疏干降水。疏干井開啟前，初始水位埋深約2 m，開啟疏干井后，水位降至埋深20 m。

(3) 坑內(nèi)⑦、⑧21層單井抽水?？觾?nèi)2Y7-1平均出水量約5.9 m3/h，抽水結(jié)束后坑內(nèi)外⑦、⑧21層觀測井水位變化如表5所示，其中坑內(nèi)2G7-1和2YG8-1觀測井水位變化曲線如圖4所示。從結(jié)果可以看出，由于地連墻完全隔斷⑦、⑧21層，坑內(nèi)水位下降較快，且恢復(fù)緩慢，坑外水位影響較小，說明地連墻隔水效果較好。

圖6 基坑圍護(hù)P07、P10、P05測斜變化曲線

表7 分析工況

圖7 三維有限元模型

圖8 基坑圍護(hù)及止水帷幕

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

死記硬背，也許能在考試中取得好的成績，但是不經(jīng)思考的記憶，遺忘速度也非?？?。課堂上，面對教師提出的問題，孩子們已經(jīng)形成了一種思維定勢：反正老師最后會(huì)給出正確答案，自己只要記下來、背下來就行了，不用動(dòng)腦子照樣可以拿高分?？墒情L此以往，他們的思維就會(huì)像困在籠中的小鳥，漸漸失去飛行的意識(shí)與能力。因此，我要想辦法幫助學(xué)生擺脫依賴情緒，改掉墨守成規(guī)的習(xí)慣，讓自由的天性、與生俱來的好奇心得到保護(hù)和發(fā)展。

圖9 TRD與地墻間⑦層單井抽水后地墻水平變形云圖

圖10 坑內(nèi)⑨層雙井抽水后地墻水平變形云圖

圖11 坑內(nèi)潛水疏干降水后地墻水平變形云圖

圖12 基坑圍護(hù)水平變形計(jì)算模擬曲線

圖13 坑內(nèi)外水壓力計(jì)算模擬變化曲線

5 結(jié) 論

以某項(xiàng)目基坑開挖前抽水試驗(yàn)為工程背景，對抽水試驗(yàn)引起的基坑圍護(hù)變形結(jié)果進(jìn)行了分析和數(shù)值模擬，得到抽水試驗(yàn)對基坑圍護(hù)水平變形影響規(guī)律。主要結(jié)論包括：

(1) 含水層隔斷后降水迅速，水位恢復(fù)緩慢，同時(shí)坑內(nèi)水壓力下降，進(jìn)一步導(dǎo)致坑外土體向坑內(nèi)位移，引起圍護(hù)水平變形。

綜上所述，胃癌骨轉(zhuǎn)移發(fā)生機(jī)率較小，一般是淋巴結(jié)、肝肺轉(zhuǎn)移合并骨外轉(zhuǎn)移，一旦發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，預(yù)后極差，生存率僅為半年左右。因此對胃癌晚期患者要密切觀察，有效預(yù)防及治療骨轉(zhuǎn)移，對胃癌骨轉(zhuǎn)移灶進(jìn)行及時(shí)有效的減癥治療，以期提高患者的生存率。

(2) 敞開式含水層降水時(shí)，水位下降緩慢，補(bǔ)給迅速，對圍護(hù)變形影響較小。

(3) 基坑支護(hù)前降深過大會(huì)引起基坑較大水平變形，因此對于周邊環(huán)境變形敏感的基坑工程，降水前應(yīng)評估抽水對變形的影響。