某暗浜軟土地區基坑開挖引起的地面沉降估算

余 翔 （上海生物芯片有限公司，上海 201203）

0 前言

針對基坑開挖引起的周圍土體沉降問題，主要可采用桿系有限元法，包括數值分析方法和統計方法[1-4]。基于拋物線形式的圍護結構變形形式，本文以上海張江高科技園地區某基坑為研究對象，提出了一種估算上海軟土地區深基坑（含有較多暗浜）開挖引起的地面沉降的實用方法。

1 工程概況

上海市張江高科技園區分子醫學實驗樓新建項目，建設內容為1幢地下一層、地上五層的建筑單體，建筑物占地面積1242.90m2，總建筑面積7709.72m2（其中地上建筑面積6461.01m2，地下建筑面積1248.71m2）。項目基坑位于環境敏感地區，基坑東側為廠區實驗樓，南側為廠區研發生產樓，西側為廠區倉庫綜合樓及廢水處理站，北側為主干道高科路的市政綠化用地。

基坑最大開挖深度5.30m，四周建（構）筑物均在基坑開挖3倍范圍內，圍護采用SMW工法雙軸攪拌樁φ700@1000，樁長15.5m，H500×300×11×18型鋼隔一插一長度15.0m，共計162根樁。

1.1 基坑工程概況

圖1 項目總平面圖

本工程基坑面積1329 m2，周長約160m，基坑開挖深度5.30m，局部集水井挖深6.2m。

基坑開挖表 表1

1.2 基坑圍護概況

基坑支護體系結構采用雙軸水泥土攪拌樁圍護形式，頂部設置一道鋼支撐，具體參數見下表。

基坑圍護體系參數表 表2

圖2 基坑圍護平面布置圖

1.3 周邊建筑環境條件

基坑東側為廠區實驗樓，此建筑物與地下室外墻線最近距離為14.87m。

基坑南側為廠區研發生產樓，地下室外墻線與該建筑的最近距離為15.02m、14.97m。

基坑西側為廠區倉庫綜合樓和廢水處理站，地下室外墻線與該倉庫綜合樓的最近距離為12.65m，與廢水處理站的最近距離為4.23 m。

基坑北側為工地圍墻，地下室外墻線與該建筑的最近距離為6.68m。

上述生產、研發、實驗樓及倉庫綜合樓均為樁基礎，基礎埋深約1.2m。廢水處理站為筏板基礎，基礎埋深約5.8m。基坑四周均有廠區內地下管線。

基坑周邊建筑統計表 表3

基坑周邊管線一覽表 表4

2 地質條件

擬建場地內有暗浜分布，浜土厚約1.80m～2.10m，浜底標高約+0.55m～+0.29 m。SMW工法雙軸攪拌樁樁底位于④淤泥質粘土。各土層物理力學性質見表5。

土層物理力學性質指標 表5

由地基埋藏分布特性表中關于土層描述可知：第②層褐黃～灰黃色粉質粘土，可塑～軟塑，壓縮性中等～高等，上質相對較好；③、④層為淤泥質土，土質較軟，易產生蠕變和剪切破壞，特別是暗浜區域，應進行處理。

3 監測方案

按照相關規范[5-6]要求綜合考慮，依設計說明，本項目基坑監測等級取為二級。

3.1 監測范圍及內容

在基坑開挖過程中，有必要進行現場工程監測。該工程基坑施工區域監測項目主要有以下幾點。

3.1.1 周邊環境監測

①地下綜合管線垂直、水平位移監測

②周邊建(構)筑物垂直位移監測

③坑外地表沉降剖面監測

3.1.2 基坑圍護監測

①圍護頂部垂直位移、水平位移監測

②圍護結構側向位移監測

③坑外潛水水位觀測

④支撐軸力監測

⑤立柱樁垂直位移監測

3.2 監測點布設

①坑外地表沉降剖面監測

圖3 監測點平面布置圖

為了監控基礎施工對周圍土體的影響范圍，擬在基坑外側布設坑外地表沉降剖面監測點，每組沉降剖面從基坑圍護外側2m算起，按3m、5m、5m的間距分別設置4個垂直位移監測點，編號為DB1-i～DB2-i(i=1、2、3、4、5)，共計15個地表沉降測點。

②圍護結構側向位移監測

選擇在可能產生較大變形的部位，一般在基坑圍護中部及陰陽角，結合施工現場情況，共布置5個測斜孔，編號為Q01～Q05。

4 基于拋物線變形模式的墻后地面沉降計算

4.1 圍護結構變形模式簡化

Goldberg等[7]通過大量實測數據，認為任意圍護結構變形模式可以簡化為四種基本變形模式，分別對應圖4（a），（b），（c），（d）。上海軟土地層基坑變形曲線一般為拋物線型式，如圖4（d）所示。

4.2 基坑開挖工況及參數

4.2.1 周邊地表沉降監測

地表沉降特征值：設計報警值±30mm

基坑開挖期間：最大變形點DB2-1，最大變形量19.17mm。

4.2.2 圍護樁深層水平位移監測

特征值：設計報警值西側及北側±15mm東側及南側35±mm

基坑開挖期間：最大變形點Q2，最大變形量16.19mm。

圖4 圍護結構變形模式

圖5 深基坑周邊地表豎向位移變化曲線圖1

圖6 深基坑周邊地表豎向位移變化曲線圖2

圖7 深基坑圍護樁深層水平位移曲線圖1

圖8 深基坑圍護樁深層水平位移曲線圖2

圖9 深基坑圍護樁深層水平位移曲線圖3

圖10 深基坑圍護樁深層水平位移曲線圖4

圖11 深基坑圍護樁深層水平位移曲線圖5

圖12 深基坑各符號含義

本文選取5個監測斷面的20個基坑的地表沉降和測斜監測資料進行擬合。這些符號的含義如上圖所示。

4.3 計算方法

圖12的研究表明，筆者基于正態密度分布函數提出了考慮沉降槽偏心距x0的地面沉降預測公式：

式中：x0為沉降槽的偏心距(見圖12)，即最大沉降點所在的位置；k為沉降相關系數。當x0＞0時，沉降曲線表現為凹槽型。

4.4 計算結果

通過選取本工程共計5個監測剖面，對應15個沉降監測點，在拋物線的變形模式中，發現擬合曲線公式為

5 結語

以上海張江高新技術園區分子醫學實驗樓新建項目基坑支護結構變形模型為基礎，對基坑開挖引起的地面沉降監測數據進行了分析。擬合后，提出了一種上海軟土地基地區(含有較多暗浜)深基坑開挖引起的地基沉降規律及估算方法和公式。

圖13 圍護拋物線變形模式下地面沉降分布圖