蓋挖主基坑內(nèi)明挖二級基坑變形與滲流分析

董力

【摘 要】本文通過理論數(shù)據(jù)模型計(jì)算，對蓋挖主基坑條件下進(jìn)行二級基坑降水和開挖施工，進(jìn)行了基坑穩(wěn)定變形和滲流分析，并結(jié)合現(xiàn)場工程實(shí)踐驗(yàn)證了相應(yīng)安全、質(zhì)量保證措施的有效性。

【關(guān)鍵詞】坑中坑；基坑開挖；變形；滲流；分析

The Deformation and Seepage Analysis of Two Level of Foundation Pit about Open Cutting in the Main Pit of Cut and Cover

DONG Li

（China Railway 16th Bureau Group Co.， Ltd.， Beijing 101100， China）

【Abstract】Through the theoretical data model calculation， the cover excavation of foundation pit under the conditions of the two main foundation pit dewatering and excavation. This paper analyses stability deformation and seepage on foundation pit， and verificates to the relevant safety and quality assurance measures based on the engineering practice.

【Key words】Pit in pit； Excavation of foundation pit； Deformation； Seepage flow； Analysis

0 引言

隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，在深基坑工程的建設(shè)過程中，如高層建筑電梯井及地鐵換乘通道，坑中坑基坑支護(hù)形式出現(xiàn)的越來越多。在蓋挖主基坑內(nèi)進(jìn)行二級基坑降水和開挖，由于主基坑主體結(jié)構(gòu)已施工完成，二級基坑施工作業(yè)環(huán)境已被限制，如果坑底發(fā)生管涌或圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生滲漏將會(huì)對主基坑產(chǎn)生較大的不可逆的影響，因此有必要針對主基坑內(nèi)二級基坑降水和開挖進(jìn)行有效地變形和滲流分析，確?；邮┕ぐ踩?、穩(wěn)定。

1 工程概況

某工程主基坑為蓋挖逆作法施工，在主基坑內(nèi)部土方開挖面以下設(shè)計(jì)有二級基坑，主基坑土方開挖完成及結(jié)構(gòu)底板施工完成后，采用“明挖”的方法施作此處二級基坑結(jié)構(gòu)。工程主基坑深17.5m；主基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2m厚，60m深地連墻。二級基坑開挖深度約為22m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8m厚，26.5m深地連墻。地連墻有效長度10m。

2 “坑中坑”開挖受力及滲流固結(jié)理論分析

2.1 坑中坑有限元模型建立

二級基坑位置處于承壓水層，但主基坑土方開挖時(shí)已將承壓水水位降低，并且主基坑和二級基坑的地下連續(xù)墻均穿透承壓水層，承壓水的作用只通過連續(xù)墻底以下透水性較差的粉土進(jìn)行滲透，在二級基坑內(nèi)設(shè)置一口混合井進(jìn)行降水，提供較好的施工條件。為了分析二級基坑降水及開挖過程中的受力、變形和水滲透情況，以有限元模型對其進(jìn)行數(shù)值模擬。

對二級基坑的受力、變形及滲流等進(jìn)行二維建模分析。主體結(jié)構(gòu)為地下二層多跨框架結(jié)構(gòu)，在主體結(jié)構(gòu)開挖完成后，對二級基坑進(jìn)行降水開挖。二級基坑與主基坑地下連續(xù)墻距離約為5.5米，需對二級基坑施工過程進(jìn)行全過程模擬。選擇寬140米、高80米的幾何模型進(jìn)行模擬。整體有限元模型如下圖2-1所示，有限元計(jì)算網(wǎng)格如下圖2-2所示。

2.2 基坑地連墻變形分析

從上述圖中可以看出，在二級基坑的降水開挖的過程中，二級基坑地連墻水平位移3cm，二級基坑地下連續(xù)墻變形范圍符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

2.3 基坑降水滲流分析

根據(jù)施工工藝，主體基坑工程總體降水，由于二級基坑和主體基坑均要穿透承壓水層，承壓水可能通過粉土層進(jìn)行滲透，總孔隙壓力如圖2-6所示。圖2-7為二級基坑地下水頭分布圖，圖2-8為二級基坑平均有效應(yīng)力，滲流數(shù)值模擬分析顯示如圖2-9，由于粉土的滲透性較差，滲流場中滲透最大速度為10-6m/天量級，故可以忽略不計(jì)。

2.4 基坑地表沉降分析

二級基坑開挖會(huì)影響周邊地表層的變化，圖2-10為二級基坑側(cè)邊地表沉降圖。從圖中可以看出，二級基坑南側(cè)地表下沉值約為0.12cm，二級基坑北側(cè)地表下沉最大量為0.3cm。數(shù)值計(jì)算結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

2.5 有限元模型分析結(jié)論

通過二維有限元對二級基坑的模擬分析，在二級基坑的降水開挖的過程中，二級基坑地連墻水平位移3cm；二級基坑南側(cè)地表下沉值約為0.12cm，二級基坑北側(cè)地表下沉最大量為0.3cm；二級基坑滲流計(jì)算中，滲流場中滲透最大速度為10-6m/ 天量級，可以忽略其影響。因此，降水開挖二級基坑，其地下連續(xù)墻變形、側(cè)邊地表沉降和滲流均不大，對主基坑結(jié)構(gòu)及施工影響小。

3 坑中坑施工安全、質(zhì)量控制措施

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻施工

（1）導(dǎo)墻施工時(shí)，與相鄰標(biāo)段統(tǒng)一進(jìn)行聯(lián)測，重點(diǎn)控制二級基坑導(dǎo)墻平面位置，同時(shí)按照工程施工需要，對地連墻進(jìn)行外放，保證通道的側(cè)墻厚度及凈空要求。

（2）施工過程中嚴(yán)格控制地連墻成槽質(zhì)量，通過成槽超聲波檢測方法，控制成槽垂直度、深度等指標(biāo)符合要求后，方可進(jìn)行地連墻鋼筋籠吊裝及后續(xù)混凝土灌注施工。

（3）為防止槽壁縮頸、塌方，造成人員、機(jī)械傷害，上部空鉆段采用C10混凝土回填、密實(shí)。

3.2 “混合井法”基坑降水

通過二級基坑的受力、變形及滲流等二維建模分析，，降水開挖二級基坑，其地下連續(xù)墻變形、側(cè)邊地表沉降和滲流均不大，對主基坑結(jié)構(gòu)及施工影響小。所以采用混合井法進(jìn)行降水即可達(dá)到二級基坑土方開挖時(shí)淺層疏干降水，也可在保證對主基坑影響較小的程度下，有效降低承壓水高度，保證施工安全。

二級基坑內(nèi)部設(shè)置一口混合井，土方開挖時(shí)保證基坑淺層疏干及深層減壓降水，做到合理、按需降水。

（1）降水井降水應(yīng)在基坑開挖前15-30天或更早進(jìn)行，以保證有效降低開挖土體中的含水量，確?；娱_挖施工的順利進(jìn)行；

（2）根據(jù)開挖進(jìn)度，井內(nèi)水位應(yīng)控制在基坑開挖面以下1m深度內(nèi)。

（3）開挖過程中，必須確保減壓降水井的不間斷工作。根據(jù)減壓井抽水量，確定開啟的減壓井開啟時(shí)間、抽水速率，合理控制承壓水水位，將減壓降水對環(huán)境的影響控制到最低程度。

（4）為確保減壓降水井的不間斷工作，施工現(xiàn)場應(yīng)有雙電源保證措施，應(yīng)配置備用發(fā)電機(jī)組。

（5）施工過程中，制定專人進(jìn)行24小時(shí)不間斷巡視，確保基坑降水滿足施工要求。

3.3 地連墻接縫止水處理

（1）二級基坑地連墻墻縫、二級基坑與主基坑地連墻墻縫均預(yù)留袖閥管注漿孔，便于土方開挖時(shí)，基坑注漿封堵。

（2）為確保二級基坑地連墻與主基坑地連墻接縫節(jié)點(diǎn)處止水效果，采用單管旋噴樁進(jìn)行了注漿加固。加固區(qū)域長2m，寬2m，共兩處。樁長10m，樁頂標(biāo)高、樁底標(biāo)高與二級基坑地連墻有效長度一致。

3.4 土方開挖

（1）土方開挖前，提前啟動(dòng)降水井進(jìn)行基坑降水，同時(shí)檢驗(yàn)各項(xiàng)準(zhǔn)備條件均符合要求后開始開挖。

（2）開挖過程中，執(zhí)行24小時(shí)站崗式值班制度，及時(shí)掌控開挖方向，開挖進(jìn)度情況。

（3）開挖下部土方時(shí)，采用洛陽鏟針對基坑內(nèi)部地連墻墻縫進(jìn)行檢驗(yàn)，確保正常后，方可進(jìn)行下部土方施工。

（4）在離二級基坑20m遠(yuǎn)的一級基坑底板上設(shè)置應(yīng)急物資庫，配備數(shù)量充足的應(yīng)急物資及設(shè)備，確?；邮┕ぐ踩?。

（5）同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括地連墻墻縫滲漏情況、地連墻墻體位移、降水井水位情況等，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)上報(bào)，并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3.5 基坑監(jiān)測措施

（1）24小時(shí)巡查報(bào)告措施

項(xiàng)目部實(shí)行領(lǐng)導(dǎo)24小時(shí)值班制度，并成立“基坑開挖施工巡視小組”，由有深基坑施工經(jīng)驗(yàn)的工程師組成，負(fù)責(zé)開挖過程中安全狀況的巡視，并做好巡視記錄，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情、及時(shí)報(bào)告、及時(shí)處理。

（2）水位觀測報(bào)警措施

開挖前及開挖過程中，每天至少觀測兩次水位情況，根據(jù)基坑內(nèi)外觀測井中的水位變化情況，初步分析判斷地連墻是否有滲漏現(xiàn)象，并及時(shí)采取措施。

（3）監(jiān)控監(jiān)測報(bào)警措施

根據(jù)監(jiān)測方案布置監(jiān)測元件，每天收集分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一旦超過報(bào)警值就立即采取應(yīng)急措施。

4 基坑穩(wěn)定驗(yàn)證情況

針對二級基坑施工階段監(jiān)測情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如下：

（1）施工階段二級基坑外地表（一級基坑負(fù)二層底板）垂直位移變化幅度較小，變化速率較為平穩(wěn)。

通過實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，通過采用有效措施，二級基坑開挖、降水及結(jié)構(gòu)施工，對主基坑影響較小，與前期模型分析結(jié)論基本一致。

5 結(jié)語

通過理論分析結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，得出以下結(jié)論：

（1）工程滲流場中滲透速率較小，采用混合井法進(jìn)行基坑降水、開挖，可以使對主基坑的影響降低到最小。

（2）開挖過程中主基坑與二級基坑冷縫未出現(xiàn)滲漏，說明袖伐管注漿+節(jié)點(diǎn)旋噴加固節(jié)點(diǎn)防滲漏措施有效。（下轉(zhuǎn)第6頁）

（上接第12頁）（3）實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與模型分析結(jié)論基本一致，二級基坑施工過程中，對主基坑影響較小，二級基坑周圍主基坑成品結(jié)構(gòu)沉降、變形趨于穩(wěn)定。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龔劍.上海環(huán)球金融中心主樓超大超深基礎(chǔ)坑中坑圍護(hù)施工技術(shù)[J].建筑施工，2006（05）.

[2]周沛.地下連續(xù)墻在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)與建設(shè)，2005（03）.

[3]謝小松.大型深基坑逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)研究及結(jié)構(gòu)分析[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.

[4]王建華，徐中華，陳錦劍，王衛(wèi)東.上海軟土地區(qū)深基坑連續(xù)墻的變形特性淺析[J].地下空間，2005（04）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]

二級基坑內(nèi)部設(shè)置一口混合井，土方開挖時(shí)保證基坑淺層疏干及深層減壓降水，做到合理、按需降水。

（1）降水井降水應(yīng)在基坑開挖前15-30天或更早進(jìn)行，以保證有效降低開挖土體中的含水量，確保基坑開挖施工的順利進(jìn)行；

（2）根據(jù)開挖進(jìn)度，井內(nèi)水位應(yīng)控制在基坑開挖面以下1m深度內(nèi)。

（3）開挖過程中，必須確保減壓降水井的不間斷工作。根據(jù)減壓井抽水量，確定開啟的減壓井開啟時(shí)間、抽水速率，合理控制承壓水水位，將減壓降水對環(huán)境的影響控制到最低程度。

（4）為確保減壓降水井的不間斷工作，施工現(xiàn)場應(yīng)有雙電源保證措施，應(yīng)配置備用發(fā)電機(jī)組。

（5）施工過程中，制定專人進(jìn)行24小時(shí)不間斷巡視，確?；咏邓疂M足施工要求。

3.3 地連墻接縫止水處理

（1）二級基坑地連墻墻縫、二級基坑與主基坑地連墻墻縫均預(yù)留袖閥管注漿孔，便于土方開挖時(shí)，基坑注漿封堵。

（2）為確保二級基坑地連墻與主基坑地連墻接縫節(jié)點(diǎn)處止水效果，采用單管旋噴樁進(jìn)行了注漿加固。加固區(qū)域長2m，寬2m，共兩處。樁長10m，樁頂標(biāo)高、樁底標(biāo)高與二級基坑地連墻有效長度一致。

3.4 土方開挖

（1）土方開挖前，提前啟動(dòng)降水井進(jìn)行基坑降水，同時(shí)檢驗(yàn)各項(xiàng)準(zhǔn)備條件均符合要求后開始開挖。

（2）開挖過程中，執(zhí)行24小時(shí)站崗式值班制度，及時(shí)掌控開挖方向，開挖進(jìn)度情況。

（3）開挖下部土方時(shí)，采用洛陽鏟針對基坑內(nèi)部地連墻墻縫進(jìn)行檢驗(yàn)，確保正常后，方可進(jìn)行下部土方施工。

（4）在離二級基坑20m遠(yuǎn)的一級基坑底板上設(shè)置應(yīng)急物資庫，配備數(shù)量充足的應(yīng)急物資及設(shè)備，確?；邮┕ぐ踩?/p>

（5）同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括地連墻墻縫滲漏情況、地連墻墻體位移、降水井水位情況等，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)上報(bào)，并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3.5 基坑監(jiān)測措施

（1）24小時(shí)巡查報(bào)告措施

項(xiàng)目部實(shí)行領(lǐng)導(dǎo)24小時(shí)值班制度，并成立“基坑開挖施工巡視小組”，由有深基坑施工經(jīng)驗(yàn)的工程師組成，負(fù)責(zé)開挖過程中安全狀況的巡視，并做好巡視記錄，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情、及時(shí)報(bào)告、及時(shí)處理。

（2）水位觀測報(bào)警措施

開挖前及開挖過程中，每天至少觀測兩次水位情況，根據(jù)基坑內(nèi)外觀測井中的水位變化情況，初步分析判斷地連墻是否有滲漏現(xiàn)象，并及時(shí)采取措施。

（3）監(jiān)控監(jiān)測報(bào)警措施

根據(jù)監(jiān)測方案布置監(jiān)測元件，每天收集分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一旦超過報(bào)警值就立即采取應(yīng)急措施。

4 基坑穩(wěn)定驗(yàn)證情況

針對二級基坑施工階段監(jiān)測情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如下：

（1）施工階段二級基坑外地表（一級基坑負(fù)二層底板）垂直位移變化幅度較小，變化速率較為平穩(wěn)。

通過實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，通過采用有效措施，二級基坑開挖、降水及結(jié)構(gòu)施工，對主基坑影響較小，與前期模型分析結(jié)論基本一致。

5 結(jié)語

通過理論分析結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，得出以下結(jié)論：

（1）工程滲流場中滲透速率較小，采用混合井法進(jìn)行基坑降水、開挖，可以使對主基坑的影響降低到最小。

（2）開挖過程中主基坑與二級基坑冷縫未出現(xiàn)滲漏，說明袖伐管注漿+節(jié)點(diǎn)旋噴加固節(jié)點(diǎn)防滲漏措施有效。（下轉(zhuǎn)第6頁）

（上接第12頁）（3）實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與模型分析結(jié)論基本一致，二級基坑施工過程中，對主基坑影響較小，二級基坑周圍主基坑成品結(jié)構(gòu)沉降、變形趨于穩(wěn)定。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龔劍.上海環(huán)球金融中心主樓超大超深基礎(chǔ)坑中坑圍護(hù)施工技術(shù)[J].建筑施工，2006（05）.

[2]周沛.地下連續(xù)墻在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)與建設(shè)，2005（03）.

[3]謝小松.大型深基坑逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)研究及結(jié)構(gòu)分析[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.

[4]王建華，徐中華，陳錦劍，王衛(wèi)東.上海軟土地區(qū)深基坑連續(xù)墻的變形特性淺析[J].地下空間，2005（04）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]

二級基坑內(nèi)部設(shè)置一口混合井，土方開挖時(shí)保證基坑淺層疏干及深層減壓降水，做到合理、按需降水。

（1）降水井降水應(yīng)在基坑開挖前15-30天或更早進(jìn)行，以保證有效降低開挖土體中的含水量，確?；娱_挖施工的順利進(jìn)行；

（2）根據(jù)開挖進(jìn)度，井內(nèi)水位應(yīng)控制在基坑開挖面以下1m深度內(nèi)。

（3）開挖過程中，必須確保減壓降水井的不間斷工作。根據(jù)減壓井抽水量，確定開啟的減壓井開啟時(shí)間、抽水速率，合理控制承壓水水位，將減壓降水對環(huán)境的影響控制到最低程度。

（4）為確保減壓降水井的不間斷工作，施工現(xiàn)場應(yīng)有雙電源保證措施，應(yīng)配置備用發(fā)電機(jī)組。

（5）施工過程中，制定專人進(jìn)行24小時(shí)不間斷巡視，確?；咏邓疂M足施工要求。

3.3 地連墻接縫止水處理

（1）二級基坑地連墻墻縫、二級基坑與主基坑地連墻墻縫均預(yù)留袖閥管注漿孔，便于土方開挖時(shí)，基坑注漿封堵。

（2）為確保二級基坑地連墻與主基坑地連墻接縫節(jié)點(diǎn)處止水效果，采用單管旋噴樁進(jìn)行了注漿加固。加固區(qū)域長2m，寬2m，共兩處。樁長10m，樁頂標(biāo)高、樁底標(biāo)高與二級基坑地連墻有效長度一致。

3.4 土方開挖

（1）土方開挖前，提前啟動(dòng)降水井進(jìn)行基坑降水，同時(shí)檢驗(yàn)各項(xiàng)準(zhǔn)備條件均符合要求后開始開挖。

（2）開挖過程中，執(zhí)行24小時(shí)站崗式值班制度，及時(shí)掌控開挖方向，開挖進(jìn)度情況。

（3）開挖下部土方時(shí)，采用洛陽鏟針對基坑內(nèi)部地連墻墻縫進(jìn)行檢驗(yàn)，確保正常后，方可進(jìn)行下部土方施工。

（4）在離二級基坑20m遠(yuǎn)的一級基坑底板上設(shè)置應(yīng)急物資庫，配備數(shù)量充足的應(yīng)急物資及設(shè)備，確?；邮┕ぐ踩?。

（5）同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括地連墻墻縫滲漏情況、地連墻墻體位移、降水井水位情況等，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)上報(bào)，并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3.5 基坑監(jiān)測措施

（1）24小時(shí)巡查報(bào)告措施

項(xiàng)目部實(shí)行領(lǐng)導(dǎo)24小時(shí)值班制度，并成立“基坑開挖施工巡視小組”，由有深基坑施工經(jīng)驗(yàn)的工程師組成，負(fù)責(zé)開挖過程中安全狀況的巡視，并做好巡視記錄，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情、及時(shí)報(bào)告、及時(shí)處理。

（2）水位觀測報(bào)警措施

開挖前及開挖過程中，每天至少觀測兩次水位情況，根據(jù)基坑內(nèi)外觀測井中的水位變化情況，初步分析判斷地連墻是否有滲漏現(xiàn)象，并及時(shí)采取措施。

（3）監(jiān)控監(jiān)測報(bào)警措施

根據(jù)監(jiān)測方案布置監(jiān)測元件，每天收集分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一旦超過報(bào)警值就立即采取應(yīng)急措施。

4 基坑穩(wěn)定驗(yàn)證情況

針對二級基坑施工階段監(jiān)測情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果如下：

（1）施工階段二級基坑外地表（一級基坑負(fù)二層底板）垂直位移變化幅度較小，變化速率較為平穩(wěn)。

通過實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，通過采用有效措施，二級基坑開挖、降水及結(jié)構(gòu)施工，對主基坑影響較小，與前期模型分析結(jié)論基本一致。

5 結(jié)語

通過理論分析結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，得出以下結(jié)論：

（1）工程滲流場中滲透速率較小，采用混合井法進(jìn)行基坑降水、開挖，可以使對主基坑的影響降低到最小。

（2）開挖過程中主基坑與二級基坑冷縫未出現(xiàn)滲漏，說明袖伐管注漿+節(jié)點(diǎn)旋噴加固節(jié)點(diǎn)防滲漏措施有效。（下轉(zhuǎn)第6頁）

（上接第12頁）（3）實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與模型分析結(jié)論基本一致，二級基坑施工過程中，對主基坑影響較小，二級基坑周圍主基坑成品結(jié)構(gòu)沉降、變形趨于穩(wěn)定。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龔劍.上海環(huán)球金融中心主樓超大超深基礎(chǔ)坑中坑圍護(hù)施工技術(shù)[J].建筑施工，2006（05）.

[2]周沛.地下連續(xù)墻在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)與建設(shè)，2005（03）.

[3]謝小松.大型深基坑逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)研究及結(jié)構(gòu)分析[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]