深基坑工程降水沉降分析計算

謝一鳴 王霞

【摘?要】在深基坑工程中，降水常常引起基坑周邊地面沉降，對周邊建筑物產(chǎn)生不良影響，本文通過工程案例，采用定量計算與定性分析相結(jié)合的方法，分析降水對周邊環(huán)境的影響程度，做為判定基坑降水方案可行性的重要依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】深基坑;基坑降水;附加應(yīng)力;沉降量

Analysis and Calculation of Dewatering Settlement in Deep Foundation Pit Engineering

Xie yi-ming1，Wang-xia2

（1.School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University?Jinan?Shandong?250101;

2. Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd?Ji'nan?Shandong?250101）

【Abstract】In deep foundation pit engineering， dewatering often causes ground subsidence around the foundation pit， which has a negative impact on surrounding buildings. Through engineering cases， this paper uses the method of quantitative calculation and qualitative analysis to analyze the impact of dewatering on the surrounding environment， as an important basis to determine the feasibility of the foundation pit dewatering scheme.

【Key words】Deep foundation pit;Foundation pit dewatering;Additional stress;Settlement

1. 前言

隨著國內(nèi)城市化的快速發(fā)展，城市地下空間資源正越來越多地被加以開發(fā)和利用，深基坑工程越來越多，基坑工程向更大、更深的趨勢發(fā)展，深基坑工程作為危險性較大的分部分項工程，常常由于地下水控制方法不當引起很多工程事故，造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，因而基坑降水引發(fā)地面沉降成為巖土工程界關(guān)注的熱點之一，引起了各級政府和主管部門不同程度的重視。目前，深基坑工程中普遍采取的地下水控制措施主要有基坑降水和止水帷幕隔水阻水兩種方案，無論哪種方案都會對基坑周邊建筑物產(chǎn)生或多或少的影響，這就要求設(shè)計人員在初步設(shè)計時要結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗對地下水控制方案進行詳細對比分析和定性定量計算，優(yōu)先選擇降水方案，當降水對周邊建筑物產(chǎn)生較大不良影響時應(yīng)采取止水隔水措施。

2. 理論分析

基坑降水可以保持基坑開挖過程中干燥的作業(yè)環(huán)境，方便土方開挖和外運，同時也可以增加基坑側(cè)壁土體的穩(wěn)定性，降低基坑外側(cè)水位，減少基坑側(cè)壁水壓力。基坑降水使基坑周邊地下水位下降的同時，基坑側(cè)壁地層中的孔隙水壓力隨之減小，對基坑外側(cè)土體產(chǎn)生了附加應(yīng)力，導(dǎo)致土體壓縮變形，從而造成基坑周邊建筑物沉降或土體開裂等。目前工程中采用較多的方法是基于彈性理論的分層總和法，該方法的原理是將壓縮層厚度以內(nèi)的土層分成許多簿的水平土層，假定無側(cè)脹，求出基礎(chǔ)中心軸線上的沉降，最后總和起來，作為基礎(chǔ)的最終沉降。為了減小降水對基坑周邊建筑物產(chǎn)生的不良影響，在降水設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)含水層的水文地質(zhì)特征和變形參數(shù)、周邊建筑物的位置等因素，分析計算降水引起的基坑周邊建筑物地基的沉降量及差異沉降，確保周邊建筑物的正常使用和地基穩(wěn)定性。在基坑降水過程中采取合理措施控制基坑降水引起的周邊建筑物的沉降變形不超過報警值。

3. 計算方法

3.1?砂性土最終沉降量計算公式：

S∞ =△pEh （1）

粘性土及粉土最終沉降量計算公式：

S∞ = α1+e0 △ph（2）

式中：S∞為計算沉降量（mm）;Δp為降水引起的附加應(yīng)力（KPa）;h為壓縮層計算厚度（m）;E為變形模量（MPa）;a為壓縮系數(shù)（MPa-1）;e0為孔隙比。

3.2?因基坑降水過程中所形成漏斗狀曲面隨著抽水過程逐漸趨于穩(wěn)定，所以基坑周邊不同距離的建筑物及其不同部位的水位降深是不同的，假定計算點處的水位降深為Δh，按潛水完整井考慮，則有：

△h=H-Hr（3）

Hr= hw2+（2H-S'）S'In R+r0r0

In r+r0r0（4）

式中：Δh為計算點處的水位降深（m）;Hr為距離基坑邊r處計算點的水頭值（m）;H為含水層厚度（m）;hw為降水井穩(wěn)定水頭（m）;R為影響半徑（m）; r0為基坑等效半徑（m）; r為計算點至基坑邊的距離（m）;S為基坑水位降深（m）S=H-hw。

4. 工程實例

4.1?工程簡況。

某基坑工程，東西方向長120m，南北方向?qū)?0m，基坑大致呈矩形，基坑開挖深度8m，采用支護樁+錨索支護結(jié)構(gòu)，垂直開挖，地下水控制方案采用降水方案。平行基坑方向距離基坑邊緣8米處有一座4層建筑需要保護，4層建筑物寬12米，長40米，高15米，采用筏板基礎(chǔ)。

4.2?巖土工程條件。

4.2.1?根據(jù)勘察報告，對本基坑工程有影響的地層主要有4層：（1）層雜填土：黃褐色，松散。土質(zhì)不均勻，主要由建筑垃圾組成，含大量磚渣、碎石、混凝土碎塊，含少量粉質(zhì)粘土、中粗砂，層厚2.0m。（2）層卵石：褐黃色，中密。顆粒不均勻，級配較好，卵石母巖成分主要為花崗片麻巖，亞圓形，粒徑一般30～150mm，含量約70%，由粗礫砂及少量粘性土充填，層厚8.0m，E=25MPa。（3）層強風(fēng)化花崗片麻巖：黃褐色，棕黃色，粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖芯多呈碎塊狀、砂狀，主要礦物成分為石英及長石，層厚2.0m，E=40MPa。（4）層中風(fēng)化花崗片麻巖：黃褐色，棕黃色，粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖芯呈柱狀，主要礦物成分為石英及長石，裂隙稍發(fā)育。

4.2.2?地下水位埋深4.2m，屬第四系孔隙潛水，主要含水層為卵石層和強風(fēng)化花崗片麻巖，含水層厚度7.8m，綜合滲透系數(shù)25m/d。

4.3?分析計算。

4.3.1?由于4層建筑長度方向與基坑邊平行，降水引起的沉降在距離基坑相同時其沉降量相同，所以選取基坑寬度方向的兩個計算點來分析計算。

r0=0.29（a+b）（5）

R=2SKH（6）

式中：r0為基坑等效半徑（m）;a為基坑長邊長度（m）;b為基坑短邊長度（m）;R為影響半徑（m）;S為基坑水位降深（m）;K為滲透系數(shù)（m/d）;H為含水層厚度（m）。

經(jīng)計算得：

r0=58.0m;R=169.8m

根據(jù)（3）和（4）計算得：

△h1=5.35m;△h2=4.30m

△p1=53.5KPa; △p2=43.0KPa

4.3.2?中風(fēng)化花崗片麻巖視為不可壓縮層，壓縮層計算厚度取含水層厚度，即h=7.8m，變形模量取卵石變形模量E=25MPa和強風(fēng)化花崗片麻巖變形模量E=40MPa。

4.3.3?利用分層總和法，按（1）計算得：

S∞ 1=15.087mm ; S∞ 2=12.126mm

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007）第5.3.5條：

S=ψs S∞ （7）

式中：S為地基最終沉降量（mm）;S∞為計算沉降量（mm）;Ψs為沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007）表5.3.5，取0.2;

按（7）計算得：S1= 3.0174mm; S2= 2.4252mm

則沉降差：△S= S1-S2=0.5922mm（8）

4.4?計算結(jié)果

經(jīng)計算，該4層建筑的傾斜為0.000049。沉降量及傾斜均滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007）表5.3.4規(guī)定的建筑物地基變形允許值范圍之內(nèi)，可不考慮深基坑降水對該4層建筑的不良影響。

5. 結(jié)語

在深基坑工程中，支護結(jié)構(gòu)和工程降水是保證基坑穩(wěn)定的最主要的工作內(nèi)容，尤其在地下水埋深較淺地區(qū)開挖深基坑，當采用基坑降水時，必須充分分析因降水引起的地面沉降對周邊建筑物的不良影響，采用地區(qū)經(jīng)驗定性分析和定量計算相結(jié)合的方法綜合分析降水對周邊環(huán)境的影響程度，以便判定降水方案的可行性。

參考文獻

[1]?巖土工程勘察規(guī)范. GB50021-2001（2009年版）.中華人民共和國國家標準， 2002.3.

[2]?工程地質(zhì)手冊（第四版）.

[3]?建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范.GB50007-2011. 中華人民共和國國家標準， 2012.8.

[4]?巖土工程試驗監(jiān)測手冊.