軟土地區地下連續墻深大基坑的變形性狀研究

章敏 周奇

摘要：地下連續墻因其剛度大、強度高、且具有自防水性能，成為帕利塞德軟土地區深基坑支護的主要支護，以充分發揮土體在土體中的支護結構從使用階段的作用，為了克服臨時支護開挖階段的支護結構，地下連續墻的缺陷往往以深基坑工程中兩墻連接形式的形式存在。因此，基坑的設計理念已經從強度控制轉變為變形控制，不僅需要滿足相鄰建筑物和管線的環境保護要求，而且還需要滿足主結構在永久工作條件下的變形極限。利用兩墻作為地下連續墻研究基坑變形特性具有重要的工程意義。

關鍵詞：軟土地區;地下連續墻;深基坑;變形特征;研究

1項目概述

1.1基坑綜述

某基坑開挖面積約1×104M2，周邊約400米，形狀為矩形，地下4層，基坑開挖深度一般為18.1m。西側基坑毗鄰海洋水族館，東側毗鄰DBS銀行，東、南、西側道路下有多條市政管線。嘉惠醫院基坑位于閔行區漕河涇開發區，南臨秦江路，東臨桂平路。基坑開挖面積約2.55×104M2，周邊約645米，形狀為矩形，地下三層，基坑開挖深度一般為16.15m。基坑北側毗鄰多層辦公樓，東側和南側均為道路，地下有許多市政管線。基坑工程的安全等級為1級，除嘉惠基坑西側和基坑北側為3級，其余三側為2級。

1.2外殼設計方案

針對基坑開挖深度大、開挖面積大、地質條件差、對周圍環境保護要求高、施工場地空間狹小等綜合因素，基坑圍護設計方案如下：基坑采用千米厚的“兩墻合一”。地下連續墻（環保三級采用800mm厚地墻）+4個鋼筋混凝土水平支撐。地墻兩側的淺部區域用鋼筋預加固850mm三軸攪拌樁，確保墻體質量在②0河灘土壤。嘉惠基坑采用1000毫米厚的“兩墻一合”地下連續墻（800毫米厚的地面墻用于環保Ⅲ）+3鋼筋混凝土水平支撐;鋼筋混凝土支撐布置采用角撐+對撐形式，傳力路徑清晰簡單。

2現場測量分析

2.1地下連續墻側向位移分析

針對基坑支護結構的側向位移，選擇了一些典型的勘測點進行分析。（1）周邊擋墻的側向變形呈“腹鼓”拋物線形，即地墻中部側向位移較大，上部和下部側向位移較小。在相同的施工條件下，嘉輝基坑的側向位移明顯大于基坑的側向位移。當基坑開挖到底部時，JIAhui基坑Q14的最大側向位移為113mm，位于15m的深度。Q8坑最大側向位移為65mm，深度為17.5m。當基坑施工達到±0時，JIAhui席席Q14的最大側向位移為126mm，胡暉基坑Q8的最大側向位移為76mm。（2）嘉輝的基坑從第一支承臺施工到樓蓋澆筑持續了120d和180d，基坑的側向位移比基坑的大一倍左右，而在基坑支護工程中，基坑支護的變形是：基坑開挖深度比嘉惠基坑深2m。主要原因是軟土不同厚度的影響和開挖區域的空間效應。在開挖深度范圍內③和④Jiahui基坑軟土層近14m。由于②河灘土壤0層，基坑軟土平均厚度6m。此外，嘉匯基坑開挖面積是基坑的2.5倍，基坑支護長度大，剛度相對較小。（3）兩席基坑的實測結果表明，地下連續墻的最大側向位移從開挖階段到基坑底面和施工階段均增加到±0，僅為開挖階段的10%左右?；幼冃沃饕l生在基坑開挖階段，支護置換引起的二次變形是有限的。邊墻最大位移隨開挖深度的增加而增大。根據數據統計，基坑的最大側向位移基本在（0.1%～1%）He（開挖深度）之間，平均最大側向位移約為0.44%。土層的分布對地下連續墻的變形影響很大，硬土層的基坑變形比軟土地基小得多。當基坑開挖達到底部時，基坑的平均最大側向位移為3.4%h，嘉惠基坑的平均最大側向位移為6.2%h，表明開挖深度內的軟土厚度對土墻最大側向位移有很大影響。

2.2坑外地表沉降分析

2.2.1坑外最大地表沉降分析。基坑開挖引起的地表沉降會影響基坑和地下市政管線外建筑物的安全，因此有必要對基坑周圍的地表沉降進行研究。根據王等的統計，連續地下墻施工的方形基坑最大地表沉降δVm介于（0.10%～0.80%）席之間。TAN等計算了分別為（0.03%～0.20%）He和（0.05%～0.15%）He的條形地鐵車站基坑的δVM，明顯反映了基坑形狀的空間效應以及施工方法對地表沉降的影響。

2.2.2坑外地表沉降分布規律。針對基坑外表面沉降的分布規律，鮑爾斯采用彈性地基梁法或有限元法求出了擋土墻的側向位移曲線，計算了擋土墻后土體側向位移的面積，并提出了預測的地表沉降曲線。根據對案例數據的統計分析，Clough等人提出了砂和硬粘土的三角形分布沉降形式和軟至中硬粘土的梯形分布沉降形式。謝等人提出了三角形和凹槽沉降形式的預測方法，并提出了主要影響區和該影響區。據統計，軟土地區多渠道支護基坑坑外的地表沉降形式與溝槽分布規律較為一致。

2.2.3坑外地表沉降發展規律。為了進一步研究基坑外沉陷的發展規律，選取典型的沉降剖面P2（基坑）和D3（嘉輝基坑）進行分析。（1）在開挖階段，坑外地表沉降量隨開挖量的增加而增加，且隨開挖深度的增加，地表沉降量的增長速率變陡。在開挖階段，增長速度減慢，直至逐漸穩定。本階段結算約占總結算的15%～25%。（2）基坑外最大地表沉降發生在P2-3，墻后約1He距離。嘉匯基坑外最大地表沉降發生在壁厚約為0.5He的DB3-2。（3）在沉降值和增長率方面，嘉惠基坑比基坑大約2倍，嘉惠基坑的沉降穩定時間比基坑支護階段的基坑穩定時間長。結果表明，軟土層厚度和基坑開挖區的大小對沉降發展速率、沉降最大位置、沉降量和穩定時間有較大影響。

2.3墻頂部和立柱的垂直位移分析

2.3.1圍墻擋土墻頂、柱豎向位移分布規律。深基坑的大面積卸荷將導致基坑內柱的回彈。柱的回彈會產生二次內力，影響其穩定性?；拥撞客寥赖幕貜棇е聜戎鶚兜穆∑穑瑥亩鴮е轮鶚兜膹埩?。過大的隆起將導致裂縫或拉伸斷裂，從而影響基坑支護體系的安全性。學者們對立柱回彈的計算模型和理論進行了研究，但影響立柱回彈的因素很多。例如，開挖深度、面積、支護形式、插入比、坑底土質條件、柱樁長度和配筋以及施工工藝等方面的理論計算和實測結果往往相差很大。

2.3.2柱豎向位移發展規律。為了進一步研究基坑柱隆起的發展規律，選擇了兩個基坑的拐角處、基坑附近和基坑內的三個典型柱沉降點進行分析。（1）從柱隆起的發展趨勢來看，由于基坑底部土體的卸載回彈效應，隆起主要發生在基坑開挖階段。在樓板澆筑階段，由于立柱受基礎底板的約束，即使基坑底部土體的回彈具有時間效應，立柱的隆起基本處于穩定狀態。在撐桿拆除階段，隨著地下結構的施工，結構的豎向荷載逐漸作用于工程樁基礎和地基土，地基土開始進入沉降和壓縮階段，使得樁柱有一點沉降位移。（2）從柱隆起的最大值來看，轉角處、坑附近和坑內柱隆起的三個點分別為24mm、34mm和48mm。夾灰柱在轉角處，靠近坑，坑內三點隆起分別為59mm、80mm和95mm;嘉惠基坑柱的隆起是基坑的兩倍，基坑三角處、基坑邊附近和基坑內的豎向隆起呈非線性梯度遞增關系。

2.4坑外建筑物沉降分析

影響相鄰建筑物沉降的因素很多，如基礎形式和埋深、基坑距離、基坑開挖深度、地質條件、支護結構類型等。為了研究基坑開挖對基坑外相鄰建筑物的影響，選擇了基坑外建筑物的幾種典型沉降點進行分析。相鄰建筑物對象分析為基坑東側的DBS堤岸。地下有三層，采用樁筏基礎形式。離坑最近的距離為23.5m。嘉惠基坑北側為科華生物工程有限公司，地面5層，無地下室，采用承臺基礎形式。離坑最近的距離為10m。

3結論

（1）當基坑開挖到底部并構造為±0時，擋土墻的橫向變形呈“腹脹”拋物線形狀，即墻中部的深度越大，上部和下部的深度越低?；幼冃沃饕l生在開挖階段，支護置換引起的二次變形較為有限，僅為開挖階段的10%左右。軟土深度對墻體的最大側向位移有很大影響。（2）軟土層厚度不僅影響坑外地表沉降最大值和距坑邊距離，而且對沉降發展速率和沉降穩定時間有很大影響，但基本上不改變沉降槽類型的分布格局。（3）基坑開挖過程中，基坑擋墻頂部和基坑內柱均呈向上隆起狀態，隆起值從坑緣向坑內呈圓盤狀不斷增大。中部地區立柱抬升的差異不大，而基坑邊緣附近的立柱抬升差異較大，且距基坑邊緣的差值約為（1.0～1.5）He。軟土層厚度和基坑開挖面積對立柱隆起的大小有很大影響。（4）基坑開挖的基礎、埋深和基坑距對基坑外建筑物沉降有較大影響。

參考文獻

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