基坑開挖對周邊地表沉降的影響因素分析

李向群 李培豪 侯學飛

(吉林建筑大學 測繪與勘查工程學院,長春 130118)

近年來，隨著我國城市交通事業(yè)的迅速發(fā)展,很多城市地鐵建設正在如火如荼地進行,基坑工程也越來越多,而基坑開挖時的地表沉降控制,一直是一個不可忽視的問題[1].本文結(jié)合長春地鐵3號線東廣場站明挖基坑的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),對明挖法開挖基坑時周邊地表沉降的因素進行了分析.

1 工程概況

(1) 長春地鐵3號線東廣場站是長春城市快速軌道交通輕軌3號線一期工程延伸線第3座車站,車站位于長白路與亞泰大街交匯處,為3號線一期工程延伸線的一般車站,車站跨路口設置,呈東西走向.本站為10.5m站臺島式車站,地勢由西向東逐步降低,主體東端為明挖結(jié)構(gòu).主體明挖段為雙跨三層平頂直墻框架結(jié)構(gòu),最小覆土2.7m,結(jié)構(gòu)凈寬19.55m,凈高19.63m,采用6導洞PBA法施工.

①雜填土. 褐色-褐黑色,稍濕,稍密.主要有碎磚、碎石和粘性土等建筑垃圾組成,上部為瀝青路面,分布整個場地表層,厚度變化較大,土層厚度1.80m～4.10m,平均厚度2.28m.

②1粉質(zhì)黏土.黃褐色,可塑(液性指數(shù)平均值為0.50),中等壓縮性,干強度中等,韌性中等.該層為弱含水層,富水性差.土層厚度1.90m～3.50m,平均厚度為2.43m,分布于場地上部.

②2粉質(zhì)黏土. 黃褐色,可塑偏軟(液性指數(shù)平均值為0.69),中等壓縮性,干強度中等,韌性中等.該層為弱含水層,富水性差.土層厚度1.50m～3.00m,平均厚度為2.25m,分布于場地中上部.

②3粉質(zhì)黏土. 黃褐色,硬塑(液性指數(shù)平均值為0.13),中等壓縮性,干強度中等,韌性中等.該層為弱含水層,富水性差,水量極其貧乏.土層厚度2.00m～7.90m,平均厚度為4.88m,分布于場地中部.

②4黏土. 黃褐色,硬塑(液性指數(shù)平均值為0.04),局部堅硬,中等壓縮性,干強度中等,韌性中等.該層為弱含水層,富水性差,水量極其貧乏.土層厚度4.00m～11.80m,平均厚度為8.14m,分布于場地下部.

②5粗砂. 黃褐色,灰色,密實(標貫擊數(shù)平均值為33.6),部分地段為中密狀,飽和.主要有長石、石英和少量巖屑組成,分選性一般,含少量粉質(zhì)黏土.該層為主要含水層,含水量較大.土層厚度1.00m～3.40m,平均厚度為1.99m,分布于場地下部.

③泥巖. 紫紅色,局部淺灰色,中風化層狀構(gòu)造(標貫擊數(shù)平均值為230.6,天然單軸抗壓強度為1.25MPa),主要有黏土礦物組成,原巖結(jié)構(gòu)少部分破壞,巖芯呈長柱狀,錘擊聲脆,最大揭露厚度22.00m,分布于場地底部.

2 現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)

選取2016年12月東廣場站地表沉降現(xiàn)場9個測點監(jiān)測數(shù)據(jù)作為依據(jù)進行分析,具體數(shù)據(jù)見表1.

幼兒對集體生活的適應性與幼兒園的硬件設施、環(huán)境創(chuàng)設有關(guān)。優(yōu)美的環(huán)境、安全的娛樂設施，使幼兒置身于溫馨、舒適、趣味的環(huán)境中，樂不思蜀。師資力量的合理搭配使幼兒與教師及時建立起感情依戀關(guān)系，這些都會影響到集體生活對幼兒的吸引力。

表1 2016年長春地鐵3號線東廣場站監(jiān)測結(jié)果Table 1 Monitoring results of Dongchang railway station on Changchun metro line

續(xù)表1

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 基坑周邊地表沉降與距離的關(guān)系

表2統(tǒng)計了2016年12月5日、15日和25日12個測點實時監(jiān)測得到的累計沉降量，以及各個測點距離明挖基坑中心線的長度(已知明挖基坑深度為19.63m,記為H,通過計算,各個測點到基坑中心線的距離可以依次近似為H/5,2H/5,H/2,4H/5,H,6H/5)，以這12個測點到明挖基坑中心直線距離為X軸,以某一日期的測點對應的地表累計沉降量為Y軸,畫出散點圖,紅色為測點1SJ-DB-09累計沉降量,藍色為測點1SJ-DB-07累計沉降量(見圖1～圖3).

表2 各測點累計沉降量統(tǒng)計Table 2 Thecumulative settlement of the measured table

由于測點設置順序是按照先遠端后近端進行布置和基坑開挖前期在場地端頭堆載過大量土體和鋼支撐的原因,所以造成了在實測過程中距離基坑中心線近的測點累計沉降量會相應地比距離遠的測點累計沉降量小,但并不影響對地表累計沉降量規(guī)律的研究.

所以從圖1、圖2和圖3來看,累計沉降量的分布主要可以分為:

(1) 急劇變化部分. 首先當測點距離基坑中心線的距離不大于10.19m時,即小于等于H/2時,表現(xiàn)的比較明顯,累計沉降量有明顯的上升趨勢.

(2) 緩慢變化部分. 當測點距離基坑中心線的距離在10.19m～20.19m,即H/2～H范圍內(nèi)開始從峰值進行緩慢的衰減.

(3) 基本穩(wěn)定部分. 當測點距離大于20.19m時,即大于基坑深度H時，慢慢趨于平穩(wěn).

3.2 基坑周邊地表沉降與土質(zhì)條件的關(guān)系

地質(zhì)條件的優(yōu)劣也是影響基坑周邊地表沉降的一個很重要的因素,通常地鐵工程大多修建在城市中心地帶,已有建筑物較多且擁擠,人口流動量較大,施工場地相對狹小,施工條件差,而且由于地下管線和交通設施的存在,很難對土質(zhì)進行改良,所以地質(zhì)條件在一定程度上對周邊地表沉降影響會很大[2].東廣場站主體結(jié)構(gòu)所處地層地質(zhì)自上而下多為雜填土、粉質(zhì)黏土、黏土、粗砂和部分泥巖,選取部分距基坑距離相同測點的12月31日實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便分析不同土層組合對地表沉降的影響,見表3.

表3 各測點累計沉降量及土層信息Table 3 Accumulated settlement of each measuring point and soil information table

從表3中可以明顯看出，不同土層組合的測點監(jiān)測的累計沉降數(shù)據(jù)有明顯差別.一般情況下,不同類型的土質(zhì)密實程度是有差異的,雜填土的土質(zhì)較為松散,其余的土層相對密實.相對密實的土質(zhì),其抵抗變形的能力也相應較強,受外力擾動的影響比較小[3].比較松散的土質(zhì),抵抗變形的能力較差,很容易受到外力的擾動,即使很小的外力也可能會導致較大的沉降變形.

4 結(jié)論與建議

由以上的數(shù)據(jù)分析,可以準確地得出明挖基坑周邊地表沉降因素主要有兩種,分別是距基坑的距離和土質(zhì)條件.

(1) 距基坑的距離是對周邊地表沉降影響較大的因素,在基坑開挖的過程中,周邊地表的沉降會隨距離基坑距離的增大,出現(xiàn)先急劇增大后緩慢減小的趨勢,隨著距離的增加，沉降量的變化越來越小,最后趨于平穩(wěn).

(2) 基坑開挖對地表沉降有明顯影響，范圍基本是從基坑邊緣到距離基坑中線一倍的基坑深度的范圍內(nèi),同時最大的地表沉降大致在距基坑中線距離為基坑深度一半的位置處.

(3) 土質(zhì)條件也是影響基坑周邊地表沉降的一個重要因素,因為土體具有差異性和多樣性,土體結(jié)構(gòu)越密實,其抵抗變形的能力也就越強,沉降也就越??；土體結(jié)構(gòu)越松散,抵抗變形的能力越弱,沉降相應的就會越大.

(4) 影響基坑周邊地表沉降的因素還有很多,基坑降水也是一個不可忽視的因素.在地下水較多的城市中心,開挖基坑時都會受到地下水的影響.基坑降水一方面可以使基坑周圍的土體有效應力增加,另一方面由于水頭差的存在會使土體產(chǎn)生滲流動水壓力,這兩種因素都可以影響地表的沉降[4].所以針對這方面因素的分析將會是今后研究的重要方向.

參 考 文 獻

[1] 劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2009.

[2] 李永靖,王春華,孫琦,邢洋.地鐵深基坑開挖對周圍地表沉降的影響[J].遼寧工程技術(shù)大學學報(自然科學版),2017(4):387-390.

[3] 趙延林.基坑開挖對周邊建筑物及地表沉降影響的研究[D].北京:中國礦業(yè)大學,2005.

[4] 施成華,彭立敏.基坑開挖及降水引起的地表沉降預測[J].土木工程學報,2006(5):117-121.