軟土地區(qū)某深基坑圍護(hù)墻變形時(shí)空效應(yīng)分析

賀鵬晨

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200082)

He Pengchen(School of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200082，China)

軟土地區(qū)某深基坑圍護(hù)墻變形時(shí)空效應(yīng)分析

賀鵬晨

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200082)

依托上海市區(qū)某深基坑工程實(shí)踐，并結(jié)合施工實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別對(duì)地連墻的側(cè)移變形分布與發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了空間和時(shí)間兩個(gè)維度分析，結(jié)果表明:軟土地區(qū)基坑地連墻的側(cè)移具有明顯的空間效應(yīng)與時(shí)間效應(yīng)。

深基坑，地連墻，時(shí)空效應(yīng)，監(jiān)測(cè)方案

0 引言

隨著上海城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，市區(qū)用地日益緊張，位于城市中心區(qū)域的深基坑工程必然會(huì)出現(xiàn)大量相鄰建(構(gòu))筑物保護(hù)的巖土工程問(wèn)題。大量的學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)［1-4］，基坑的開(kāi)挖尺寸及施工耗時(shí)對(duì)基坑支護(hù)體系的變形和穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生極大的影響。針對(duì)基坑變形的這一特性，劉建航［5，6］結(jié)合上海地區(qū)的基坑工程的案例，提出了考慮時(shí)空效應(yīng)預(yù)測(cè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的理論，并把時(shí)空效應(yīng)理論引入基坑施工過(guò)程，將施工參數(shù)作為必須的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而最大程度地減小基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響，為軟土基坑工程面向信息化施工的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

然而，由于土力學(xué)和土體工程的復(fù)雜性，加之現(xiàn)階段基坑規(guī)模不斷加大加深，周邊環(huán)境條件越來(lái)越苛刻，所以有必要對(duì)當(dāng)前典型基坑工程的時(shí)空效應(yīng)規(guī)律進(jìn)行總結(jié)分析，更深層次地掌握上海市軟土地層特性和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，為深基坑設(shè)計(jì)及施工的優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)。本文結(jié)合上海市區(qū)某深基坑工程，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)墻的側(cè)向變形情況進(jìn)行時(shí)空效應(yīng)分析，以期為上海市區(qū)同類工程提供一定參考。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

上海市區(qū)某擴(kuò)建工程，基坑總面積約3 100 m2，基坑周長(zhǎng)約260 m，擬建場(chǎng)地建筑范圍內(nèi)設(shè)有3層地下室，主樓區(qū)開(kāi)挖深度為15.1 m，裙樓區(qū)開(kāi)挖深度為17 m。本工程場(chǎng)地屬于上海地區(qū)“濱海平原”地貌類型，詳細(xì)勘察報(bào)告資料如表1所示。基坑場(chǎng)地淺部地下水屬于潛水類型，地下水位平均埋深0.5 m。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

1.2 基坑開(kāi)挖圍護(hù)方案

結(jié)合地下連續(xù)墻設(shè)置三道混凝土支撐。考慮到基坑周圍為歷史保護(hù)建筑、居民住宅以及市區(qū)重要道路，根據(jù)現(xiàn)有施工工藝，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在一般區(qū)域選用地下連續(xù)墻?；訃o(hù)平面布置及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況如圖1所示。

圖1 基坑總體布局與監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2 開(kāi)挖與監(jiān)測(cè)方案

2.1 開(kāi)挖方案

在基坑開(kāi)挖時(shí)，按照時(shí)空效應(yīng)原理控制地下連續(xù)墻及坑外土體的位移，如圖1所示，將基坑分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，采取分區(qū)、分層、對(duì)稱均衡的土方開(kāi)挖方案。

具體施工工況信息見(jiàn)表2。

表2 施工工況

2.2 監(jiān)測(cè)方案

本項(xiàng)目實(shí)施信息化施工，監(jiān)測(cè)單位在基坑四面共埋置了14個(gè)地連墻和坑外土體測(cè)斜點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)具體位置見(jiàn)圖1，圖中CX 和WC分別為地連墻測(cè)斜和地表沉降的測(cè)點(diǎn)編號(hào)。

3 地連墻側(cè)移的空間效應(yīng)

3.1 地連墻側(cè)移的平面分布

圖2為各測(cè)點(diǎn)在不同工況下的最大側(cè)移。從地連墻側(cè)斜點(diǎn)的空間分布來(lái)看，可以得出:

1)基坑?xùn)|側(cè)地連墻的側(cè)移值普遍小于其他部位地連墻的側(cè)移值。

東側(cè)最小測(cè)斜為CX8點(diǎn)(47.53 mm)，而在相同工況下的CX13點(diǎn)的測(cè)斜值為77.25 mm，兩者相差62.5%。這是因?yàn)闁|側(cè)環(huán)境等級(jí)要求高，故設(shè)計(jì)時(shí)將地連墻的厚度提高到1.2 m，其他一般區(qū)域的地連墻則為1.0 m。加大地連墻厚度，對(duì)增強(qiáng)地連墻剛度，減小地連墻的測(cè)斜有很大的作用。

2)側(cè)移最大的點(diǎn)位于基坑西側(cè)，在 CX14位置，高達(dá)77.25 mm，其次才是位于長(zhǎng)邊中點(diǎn)的CX10測(cè)點(diǎn)(72.14 mm)。

基坑南側(cè)的開(kāi)挖寬度與基坑西側(cè)的開(kāi)挖寬度相差不大，兩測(cè)點(diǎn)均受長(zhǎng)邊效應(yīng)的影響，但是CX14處地連墻無(wú)對(duì)撐作用，與之相近的測(cè)斜點(diǎn)CX13處的測(cè)移由于受對(duì)撐棧橋的約束作用，其圍護(hù)墻變形值則大大減小(56.34 mm)，且基坑南側(cè)坑內(nèi)采用了一排攪拌樁加固，有效的控制了地連墻的測(cè)移。故在設(shè)置對(duì)撐棧橋減小基坑長(zhǎng)邊跨中位置的圍護(hù)墻變形的同時(shí)，也要考慮跨中對(duì)撐附近墻體的變形，應(yīng)采取相應(yīng)的加固等措施。

圖2 各測(cè)點(diǎn)在不同工況下的最大側(cè)移

3.2 地連墻側(cè)移的豎向分布

如圖3所示為各典型測(cè)斜點(diǎn)在各工況下的變形情況。由于在開(kāi)挖前先采用高強(qiáng)度現(xiàn)澆混凝土支撐，故各測(cè)點(diǎn)的地連墻側(cè)向變形整體都呈現(xiàn)向坑內(nèi)的“鼓肚形”的變形模式，墻頂和墻底側(cè)向變形相對(duì)較小，坑底附近地連墻的變形較大。

位于基坑裙樓區(qū)的測(cè)點(diǎn)CX1和CX13中圍護(hù)墻的最大側(cè)移發(fā)生位置的深度均不大于裙樓區(qū)的開(kāi)挖深度17 m;而位于主樓區(qū)的測(cè)點(diǎn)CX7和CX10最大側(cè)移深度都約等于基坑開(kāi)挖深度15.1 m。徐中華［7］統(tǒng)計(jì)分析了上海地區(qū)部分基坑最大側(cè)移深度與開(kāi)挖深度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)開(kāi)挖深度小于16 m時(shí)，墻體最大側(cè)移位置位于開(kāi)挖面附近，而當(dāng)開(kāi)挖深度大于16 m，最大側(cè)移位置都位于開(kāi)挖面之上，本文的規(guī)律與其研究結(jié)論相符。

4 地連墻側(cè)移的時(shí)間效應(yīng)

地連墻測(cè)移隨時(shí)間的變化規(guī)律。

從圖3中可以看出，在工況2時(shí)墻頂?shù)淖冃问苁讓又蔚募s束變形作用，所以變化很小，墻體的變形向下部發(fā)展，各測(cè)點(diǎn)的變形分布及其最大變形數(shù)值都比較接近，且最大變形地深度也都大致位于開(kāi)挖面附近，其中最大變形為22.02 mm，在CX13測(cè)點(diǎn)處。工況3時(shí)地連墻的最大變形為38.02 mm，位于CX10測(cè)點(diǎn)，較上一工況的最大位移增長(zhǎng)了約72.6%。工況4時(shí)基坑開(kāi)挖至坑底，圍護(hù)墻各測(cè)點(diǎn)變形增長(zhǎng)速度最快，基坑Ⅰ區(qū)附近圍護(hù)墻的最大側(cè)移位于開(kāi)挖面以上的位置，基坑Ⅱ區(qū)及Ⅲ區(qū)的圍護(hù)墻最大側(cè)移則一般位于開(kāi)挖面附近。工況5與工況6時(shí)坑底已經(jīng)澆筑底板，此時(shí)地連墻測(cè)點(diǎn)變形增長(zhǎng)很小。最后在工況7時(shí)拆除支撐，使得地連墻的變形有所增長(zhǎng)。

圖3 圍護(hù)墻在各工況下的側(cè)移

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)上海軟弱地層深基坑工程的地連墻側(cè)移情況進(jìn)行時(shí)空效應(yīng)分析，得到以下結(jié)論:

1)地連墻的側(cè)移具有明顯的空間效應(yīng)。

跨中位置地連墻的側(cè)移最大，長(zhǎng)邊效應(yīng)明顯。然而在基坑長(zhǎng)邊跨中采用對(duì)撐棧橋約束地連墻的側(cè)移時(shí)，棧橋兩側(cè)地連墻的側(cè)移反而會(huì)比跨中的側(cè)移大。

2)圍護(hù)墻最大側(cè)移深度與開(kāi)挖面以下土層的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，直觀的表現(xiàn)與基坑開(kāi)挖深度存在一定的關(guān)系。在上海地區(qū)，基坑開(kāi)挖深度小于16 m時(shí)墻體最大側(cè)移位置位于開(kāi)挖面附近，而當(dāng)開(kāi)挖深度大于16 m時(shí)，最大側(cè)移位置都位于開(kāi)挖面之上。

3)基坑開(kāi)挖的時(shí)間效應(yīng)明顯。地連墻的變形隨著基坑土方的不斷開(kāi)挖而逐漸增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)速率不斷增大。地連墻的主要側(cè)移量發(fā)生在開(kāi)挖到坑底時(shí)，此階段地連墻的側(cè)移值增長(zhǎng)速率達(dá)到最大。

［1］ Clough，G Wayne，Tsui，Yuet.Performance of tied-back walls in clay［J］.Journal of the Geotechnical Engineering Division，1974，100(12):1259-1273.

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［3］ Clough，G Wayne，Tan，David Y，Kuck，William M，et al.Development of designprocedures for stabilized soil support systems for soft ground tunneling volume II preliminary results［J］.United States Department of Transportation，1977，(Report)DOT/ TST:77-74.

［4］ Moormann，Christian.Analysis of wall and ground movements due to deep excavations in soft soil based on a new worldwide database［J］.Soils and Foundations，2004，44(1):87-98.

［5］ 劉建航，劉國(guó)彬，范益群.軟土基坑工程中時(shí)空效應(yīng)理論與實(shí)踐(上)［J］.地下工程與隧道，1999(3):7-12.

［6］ 劉建航，劉國(guó)彬，范益群.軟土基坑工程中時(shí)空效應(yīng)理論與實(shí)踐(下)［J］.地下工程與隧道，1999(4):10-14.

［7］ 徐中華.上海地區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的深基坑變形性狀研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2007.

Time-space effect analysis of retaining wall of a deep exacavation in soft soil

Based on field measured data from a deep foundation pit practice in Shanghai，this paper analyses the distribution and pattern of lateral displacement from the perspectives of time and space.The results show that retaining wall in soft soil is provided with space effect，and time effect is very obvious.

deep foundation pit，lateral displacement of continuous wall，time-space effect，monitoring scheme

He Pengchen
(School of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200082，China)

O319.56

A

1009-6825(2016)35-0078-03

2016-10-10

賀鵬晨(1992-)，男，在讀碩士