張 茜

(蚌埠市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

基坑開挖過程中會(huì)產(chǎn)生土體變形，其中地表沉降變形直接影響基坑周邊建構(gòu)筑物的使用功能，選擇合適地基坑開挖方式和開挖速率，對(duì)減少開挖時(shí)過大變形和基坑垮塌有重要意義。李淑等分析了 北京地區(qū)深基坑墻體變形特性[1]。成峰等采用Gompertz模型預(yù)測(cè)深基坑周邊地表沉降規(guī)律[2]。陳萬(wàn)鵬提出了一種基坑開挖引起地表沉降的預(yù)測(cè)方法[3]。張尚根等研究了軟土深基坑開挖地表沉降變化規(guī)律[4]。張建全等總結(jié)了北京不同區(qū)域明挖基坑地表沉降變形特征[5]。秦會(huì)來(lái)等系統(tǒng)分析了深厚淤泥地層深基坑變形影響因素[6]。王龍等模擬分析了上覆新填土軟土深基坑開挖變形控制方法[7]。張福海等分析了斜樁支護(hù)的框架結(jié)構(gòu)基坑變形特性[8]。慕煥東等開展了洛陽(yáng)地鐵車站基坑支護(hù)變形特性模型試驗(yàn)研究[9]。張楠研究了土巖組合地層深基坑變形規(guī)律[10]。施有志等研究了地鐵深基坑開挖對(duì)臨近建構(gòu)筑物的影響[11]。林之航分析了上軟下硬土層的深基坑開挖過程中的變形規(guī)律[12]。蒙國(guó)往等開展了地鐵車站深基坑開挖過程中的變形分析[13]。魯泰山等研究了軟土地層基坑開挖擾動(dòng)及土體再壓縮變形[14]?；娱_挖過程中，過快開挖會(huì)導(dǎo)致地面土體沉降影響范圍過大及沉降量過大，從而引發(fā)地面建構(gòu)筑物的不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致地面建構(gòu)筑物的開裂、傾斜甚至是垮塌等工程事故，以及基坑底部土體的超挖導(dǎo)致的基底一定范圍土體應(yīng)力釋放，引起坑底土體回彈，從而引發(fā)坑底土體松動(dòng)，使得基坑內(nèi)部擬建建構(gòu)筑物地基土體擾動(dòng)過大，不利于穩(wěn)定。基于上述認(rèn)識(shí)，文章結(jié)合實(shí)際基坑開挖過程，通過數(shù)值模擬探索涉水基坑開挖過程中地表沉降和基坑底部土體豎向變形規(guī)律，以期通過合理的單次開挖深度和開挖速度來(lái)控制開挖過程中的不利變形(地表沉降、坑底隆起等)，防止過大變形帶來(lái)基坑垮塌、建構(gòu)筑物不均勻沉降、傾斜及開裂等不利影響，從而對(duì)基坑施工提供一些指導(dǎo)和參考。

1 工程簡(jiǎn)介

某基坑開挖深度16m，寬度12m。擬采用控制開挖厚度和開挖速率的方式分層逐步開挖，因而未采取任何支護(hù)措施，地質(zhì)資料顯示，場(chǎng)地土層主要為粉土和黏土。其中粉土厚度為7.6-8.5m，余下為黏土。當(dāng)?shù)貧庀筚Y料顯示，基坑開挖區(qū)域地下水穩(wěn)定水位為4m。采取地下水樣，進(jìn)行室內(nèi)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表明地下水對(duì)混凝土、鋼筋等建筑材料不具有腐蝕性。鑒于施工過程中未采取支護(hù)措施，為確保施工過程中土體變形過大導(dǎo)致開挖時(shí)基坑垮塌，需超前獲知開挖過程中土體變形尤其是地表沉降情況，故而需要對(duì)基坑開挖過程進(jìn)行模擬分析。

2 數(shù)值模型

為了準(zhǔn)確把握地面沉降特性，采用15節(jié)點(diǎn)精確分析并加密基坑周邊土體網(wǎng)格，取全斷面予以分析，同時(shí)視為平面應(yīng)變問題?；幽Ｐ烷_挖深度為16m，寬度12m。為消除邊界影響，經(jīng)試算，取模型邊界尺寸為深度32m，寬度60m。土層材料計(jì)算參數(shù)見表1。其中粉土平均厚度為8.0m，余下為黏土。地下穩(wěn)定水位取為4.0m。數(shù)值模型邊界變形條件為：模型左、右兩側(cè)水平方向位移為零，允許發(fā)生豎向變形，底部為固定邊界(不允許發(fā)生變形)。數(shù)值模擬模型示意圖見圖1。

圖1 數(shù)值模擬模型示意圖

表1 土層材料參數(shù)

3 數(shù)值模擬分析

3.1 基坑開挖地表沉降變形分析

由圖2可知，基坑開挖過程中，基坑兩側(cè)位移呈現(xiàn)對(duì)稱形式，坑壁變形量分別為3mm、3.4mm、-3.8mm、-8mm，其中正值表現(xiàn)為隆起，負(fù)值表現(xiàn)為沉降，即基坑開挖過程中坑壁沉降量逐漸增大，且表現(xiàn)為先隆起后沉降的趨勢(shì)。前期較小的隆起量可能是基坑土體對(duì)周圍土體具有約束作用的緣故。由圖2還可知，基坑開挖過程中，基坑底部沉降量分別為3mm、8mm、12mm、16mm，均表現(xiàn)為隆起，即基坑開挖過程中坑底存在持續(xù)隆起的現(xiàn)象。

(a)基坑開挖4m

3.2 地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變形分析

3.2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取

基坑開挖過快會(huì)導(dǎo)致地面土體沉降影響范圍過大及沉降量過大，從而引發(fā)地面建構(gòu)筑物的不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致地面建構(gòu)筑物的開裂、傾斜甚至是垮塌等工程事故，以及基坑底部土體的超挖導(dǎo)致的基底一定范圍土體應(yīng)力釋放，引起坑底土體回彈，從而引發(fā)坑底土體松動(dòng)等不利于坑底土體的穩(wěn)定。基于以上考慮，由于開挖基坑的幾何對(duì)稱性，在地表處，選取距離基坑左側(cè)邊緣1m，2m，3m，4m的四個(gè)點(diǎn)位，分別記作點(diǎn)A、B、C、D作為地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)，探索基坑開挖時(shí)地表沉降變形規(guī)律。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置詳見圖3。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變形分析

由圖4可知，基坑開挖過程中，距離基坑左側(cè)邊緣1m，2m，3m，4m處地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變形逐步增大，最終變形量分別為5mm、7mm、11mm、16mm，且距離基坑邊緣越近最終沉降量和前期沉降速率均越大，即受基坑開挖影響越大。因此，基坑開挖過程中，因加強(qiáng)地面及地面重要建構(gòu)筑物的沉降監(jiān)測(cè)，合理控制和開挖深度和開挖速率，必要時(shí)采取適時(shí)的支護(hù)措施，以控制地面的沉降和開挖面的垮塌，從而確?；娱_挖時(shí)施工安全。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變形

4 結(jié) 論

1)基坑開挖過程中，基坑兩側(cè)位移呈現(xiàn)對(duì)稱形式，坑壁變形量分別為3mm、3.4mm、-3.8mm、-8mm，其中正值表現(xiàn)為隆起，負(fù)值表現(xiàn)為沉降，即基坑開挖過程中坑壁沉降量逐漸增大，且表現(xiàn)為先隆起后沉降的趨勢(shì)。前期較小的隆起量是基坑土體對(duì)周圍土體具有約束作用的緣故。

2)基坑開挖過程中，基坑底部沉降量分別為3mm、8mm、12mm、16mm，均表現(xiàn)為隆起，即基坑開挖過程中坑底存在持續(xù)隆起的現(xiàn)象。因此，基坑開挖時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)坑底土體的變形監(jiān)測(cè)，防止過快開挖及基坑底部土體的超挖導(dǎo)致的基底一定范圍土體應(yīng)力釋放，引起坑底土體回彈，從而引發(fā)坑底土體松動(dòng)等不利于坑底土體的穩(wěn)定。

3)基坑開挖過程中，距離基坑左側(cè)邊緣1m，2m，3m，4m處地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變形逐步增大，最終變形量分別為5mm、7mm、11mm、16mm，且距離基坑邊緣越近最終沉降量和前期沉降速率均越大，即受基坑開挖影響越大。因此，基坑開挖過程中，因加強(qiáng)地面及地面重要建構(gòu)筑物的沉降監(jiān)測(cè)，合理控制和開挖深度和開挖速率，必要時(shí)采取適時(shí)的支護(hù)措施，以控制地面的沉降和開挖面的垮塌，從而確?；娱_挖時(shí)施工安全。