陳 浩（山西潞安工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

地下空間開(kāi)發(fā)是解決城市土地緊缺、交通擁堵和環(huán)境污染問(wèn)題的有效手段，而基坑工程是地下空間開(kāi)發(fā)的重要先導(dǎo)條件，在建筑物地下空間建設(shè)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用[1]。隨著地下空間開(kāi)發(fā)的日益復(fù)雜，且向地表深處開(kāi)拓，基坑工程的開(kāi)挖也呈現(xiàn)出“深、大、難、緊、水”等特點(diǎn)，基坑工程作為集成地質(zhì)、巖土、結(jié)構(gòu)和測(cè)試為一體的系統(tǒng)工程，保障基坑開(kāi)挖過(guò)程中擋土結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定、周邊土體的變形沉降控制良好、對(duì)周邊環(huán)境的影響程度最低是最為重要的研究?jī)?nèi)容[2-3]。其中，為了保證基坑內(nèi)開(kāi)挖時(shí)提供一個(gè)無(wú)水的作業(yè)環(huán)境，需對(duì)地下水進(jìn)行抽排，隨之而來(lái)的是由于降水導(dǎo)致的地表沉降問(wèn)題，特別是在緊鄰建筑或地下管線條件下，地表沉降的控制往往是影響基坑施工進(jìn)度和施工成本的重要因素[4]。

1 工程概況

山西省長(zhǎng)治市某高層建筑基坑工程大致呈長(zhǎng)方形，東西向長(zhǎng)度為140m，南北向平均寬度為85m，基坑周邊長(zhǎng)度為450m?；又ёo(hù)分為2 個(gè)支護(hù)單元，一個(gè)為混凝土內(nèi)支撐單元，基坑開(kāi)挖深度為17.3m；另一個(gè)為樁錨支護(hù)單元，基坑開(kāi)挖深度為13.5m，整個(gè)基坑平面面積為10540m2，開(kāi)挖土方量約15 萬(wàn)m3?；又苓叚h(huán)境復(fù)雜，北側(cè)、南側(cè)和西側(cè)為現(xiàn)有城市主干道，交通繁忙，東側(cè)為既有幕墻式商業(yè)高層辦公樓，距離基坑邊線為5m，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，基坑結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1?；娱_(kāi)挖前，場(chǎng)地已經(jīng)過(guò)平整，地基土以粉質(zhì)黏土、細(xì)砂和中砂為主，基坑開(kāi)挖及其影響范圍內(nèi)的各地基土工程地質(zhì)條件如表1 所示。從表1 中可以看出，場(chǎng)區(qū)中存在2 層深厚的透水砂層，分別為③細(xì)砂和⑤中砂層，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，砂層的抽降水是引起地表土體沉降的主要因素，而基坑周邊存在近距離的高層建筑以及城市主干道，為此在基坑施作的過(guò)程中采取了降水-沉降專項(xiàng)研究方案，分析基坑降水施工對(duì)地表土體的影響。

表1 基坑開(kāi)挖及其影響范圍內(nèi)的各地基土工程地質(zhì)條件

2 施工降水過(guò)程分析

場(chǎng)區(qū)地下水為第四系松散層孔隙水，主要賦存于粉土及砂土層中，受大氣降水控制，年度變化規(guī)律為6～9 月份水位較高，其他月份相對(duì)較低，年變化幅度一般在2m～3m 左右。基坑影響深度范圍內(nèi)測(cè)得2 層地下水，地下水類型為層間潛水。第1 層靜止水位埋深為13.56m～14.13m，靜止水位標(biāo)高為22.26m～22.94m，含水層為③層細(xì)砂；第2 層靜止水位埋深為21.30m～23.70m，靜止水位標(biāo)高為12.64m～15.20m；含水層為⑤層中砂。如圖1所示，西側(cè)支護(hù)單元的基坑開(kāi)挖深度為17.3m，東側(cè)支護(hù)單元的基坑開(kāi)挖深度為13.5m，2 個(gè)支護(hù)單元的降水深度均應(yīng)在開(kāi)挖面以下0.5m，基坑內(nèi)布置降水井共28口，在東西向上降水井間隔為18m，南北向降水井間隔為17m，降水井的深度為30m，對(duì)③細(xì)砂和④中砂進(jìn)行抽排水，降水井的直徑為350mm，井內(nèi)伸入直徑168mm、厚度6mm 的無(wú)縫鋼管。降水過(guò)程中對(duì)周邊土體進(jìn)行沉降觀測(cè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置如圖1 所示，圖中監(jiān)測(cè)點(diǎn)僅示了距離基坑邊線1m處地表沉降監(jiān)測(cè)傳感器，除CJ05監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，實(shí)際上在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置均沿著垂直基坑邊線法線方向布置了8 個(gè)沉降監(jiān)測(cè)傳感器，沉降監(jiān)測(cè)傳感器的布置距離分別為1m、2m、3m、4m、5m、8m、12m、15m。

圖1 基坑降水井平面布置以及周邊沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

為了研究基坑施工過(guò)程中，基坑外土體沉降演變規(guī)律，對(duì)基坑進(jìn)行試抽降水，抽降水分為3 個(gè)水位降深階段，每個(gè)降水深度穩(wěn)定時(shí)間均為16h，圖2為2個(gè)基坑支護(hù)單元的降水曲線。從圖2（a）中可以看出，西側(cè)支護(hù)單元第一次降水深度為水位降深17.8m，抽水流量4.16L/s，穩(wěn)定時(shí)間16h，持續(xù)時(shí)間20h；第二次水位降深11.87m，抽水流量2.78L/s，穩(wěn)定時(shí)間16h，持續(xù)時(shí)間20h；第三次位降深5.55m，抽水流量1.38L/s，穩(wěn)定時(shí)間16h，持續(xù)時(shí)間20h。從圖2（b）中可以看出，東側(cè)支護(hù)單元第一次降水深度為水位降深14.05m，抽水流量8L/s，穩(wěn)定時(shí)間16h，持續(xù)時(shí)間20h；第二次水位降深9.36m，抽水流量5.3L/s，穩(wěn)定時(shí)間16h，持續(xù)時(shí)間20h；第三次位降深4.68m，抽水流量2.67L/s，穩(wěn)定時(shí)間16h，持續(xù)時(shí)間20h。

圖2 2個(gè)基坑支護(hù)單元的降水曲線

根據(jù)抽水試驗(yàn)裘布依公式，可以計(jì)算得到東西2個(gè)支護(hù)單元土層的滲透系數(shù)，裘布依公式計(jì)算方法如公式（1）所示，滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2所示[5-7]。

表2 基坑降水分析結(jié)果

式中K為含水層滲透系數(shù)，m/d；Q為抽水井流量，m3/d；Sw為抽水井中水位降深，m；M為承壓含水層厚度，m；R為影響半徑m；rw為抽水井半徑，m。

3 基坑外土體沉降分析

3.1 基坑外土體沉降理論計(jì)算基本原理

在基坑工程中，理論計(jì)算基坑降水引起基坑外土體沉降的方法為分層總和法，即在降水漏斗曲線f（x）以上計(jì)算土壓力取土體天然重度，f（x）以下計(jì)算土壓力取土體飽和重度，降水漏斗曲線f（x）隨著降水的增加而不斷增加，由此引起的地層沉降可按公式（2）計(jì)算[8]。

式中n為總土層數(shù)量；Esi為第i層土的壓縮模量，MPa；hi為第i層土的厚度，m；f(x)以下為降水漏斗曲線；γw為水的重度，kg/m3。

公式（2）中的降水漏斗曲線與降水影響半徑和土體的滲透系數(shù)相關(guān)，其計(jì)算方法如公式（3）所示[8]。

式中Hw為基坑外原地面到降水井井水面高度，m；hw為降水井種水距離基坑底部高度，m；h為降水前地下水位到地表的垂直距離，m。

3.2 基坑外土體沉降理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比分析

圖3 和表3 為基坑施工降水引起基坑外土體不同距離處地表沉降理論值與實(shí)測(cè)值對(duì)比。從圖中可以看出，基坑外土體沉降的理論值與實(shí)測(cè)值變化規(guī)律大致相同，均在基坑邊線附近較小，而隨著距離的增加，土體的沉降呈非線性減小并趨于收斂，理論計(jì)算的地表沉降曲線與降水漏斗曲線形狀大致相同；與地表沉降理論值相比，不同觀測(cè)點(diǎn)得到的地表沉降值呈現(xiàn)不同程度的偏差，理論計(jì)算在距離基坑邊線5m范圍內(nèi)對(duì)地表沉降的預(yù)測(cè)較為可靠，而在9m 之后，對(duì)地表沉降的預(yù)測(cè)值偏小，實(shí)際地表沉降值明顯比理論值大。由此表明，在實(shí)際基坑工程施工降水時(shí)，不僅要加強(qiáng)基坑內(nèi)邊線附近的地表沉降觀測(cè)，也要適當(dāng)擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍，對(duì)1 倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的地表沉降或建筑物沉降進(jìn)行觀測(cè)。

圖3 地表沉降理論值與實(shí)際值對(duì)比

表3 基坑外不同距離處地表沉降現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

以山西省長(zhǎng)治市某深大基坑工程為研究對(duì)象，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)降水試驗(yàn)方法觀測(cè)了降水規(guī)律和計(jì)算了土體水文參數(shù)，并借助理論計(jì)算方法和現(xiàn)場(chǎng)地表沉降實(shí)測(cè)方法，研究了距離基坑不同距離處地表沉降的變化規(guī)律，得到以下幾個(gè)規(guī)律：

（1）對(duì)東西支護(hù)單元進(jìn)行3 次抽水試驗(yàn)，計(jì)算得到了西側(cè)支護(hù)單元的土體滲透系數(shù)范圍為1.276m/d～1.462m/d，東側(cè)支護(hù)單元的土體滲透系數(shù)范圍為1.459m/d～1.833m/d，并基于降水漏斗曲線提出地表沉降分層總和計(jì)算方法。

（2）基坑外土體沉降的理論值與實(shí)測(cè)值變化規(guī)律大致相同，均在基坑邊線附近較小，而隨著距離的增加，土體的沉降呈非線性減小并趨于收斂，理論計(jì)算的地表沉降曲線與降水漏斗曲線形狀大致相同。

（3）與地表沉降理論值相比，理論計(jì)算在距離基坑邊線5m 范圍內(nèi)對(duì)地表沉降的預(yù)測(cè)較為可靠，而在9m之后，對(duì)地表沉降的預(yù)測(cè)值偏小，實(shí)際地表沉降值明顯比理論值大。