關于深基坑開挖及降水引起的鄰近淺基礎沉降的研究

（安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽 合肥 230041）

引言：在當前建筑施工中，深基坑工程的應用范圍越來越廣，這要求建筑的支護結構必須保持足夠的穩定狀態，使基坑周圍不會產生土體變形問題，保持周圍建筑的安全穩定。與此同時，深基坑開挖時要保證淺基礎不會出現沉降現狀，防止地下管線遭受破壞，避免滲流現象出現，從而保證深基坑工程的整體質量。

一、深基坑開挖及降水引起的鄰近淺基礎沉降研究

（一）地質條件分析

以某工程施工為例，工程采用了明挖順作法，基坑主體位置有五道豎向支撐，第一層是鋼筋混凝土結構的支撐，下部為四層橫向鋼管支撐。基坑開挖時結合實際施工進度應用吊裝鋼管的方式完成支撐處理，使連續墻擁有穩定性。場地整體來看比較平坦，只有小部分帶有起伏，地層部分均勻，以基坑為中心，兩側有一定的差異，地下水充足，水位較高。地層表面覆蓋了不同種類的填土，主要為雜填土、粉土、粉質粘土、粉砂等，地層存在風化問題，土質成分比較復雜，從力學角度來看，力學性質分布的不均勻，這給深基坑開挖施工帶來一定難度。此外，降水時也會對基坑工程造成影響，在某種程度上引發臨近淺基礎的沉降問題[1]。

（二）建立有限元分析模型

采用摩爾庫倫模型分析深基坑土體結構，建立有限元模型。基坑開挖時在寬度的影響范圍為3-4H，在深度的影響范圍為2-4H，其中H 指的是基坑開挖的深度。本工程的基坑尺寸是80×40×10m，屬于對稱結構，使用半結構展開模型計算。基坑開挖的深度是10m，尺寸向邊延長40m，所以選用尺寸為120×100×40m 的土體模型即可。對臨近的建筑物進行簡化處理，構造整體框架，將填充的墻體轉化為均勻布荷載并作用在梁結構上，將室內的活荷載轉為樓板位置。模擬支撐結構時，地下的連續墻可以使用實體單元，內支撐結構可以使用梁單元。按照以下基坑開挖程序進行施工：第一步為地應力平衡；第二步為激活建筑物并開始初始沉降；第三步是設置地下連續墻，并開挖到2m 的位置；第四步是設置第一道支撐，逐步開挖到4m 和5.5m；第五步是設置第二道支撐，逐步開挖至7m 和8.5m、10m。按照開挖的實際情況，分析當前臨近淺基礎的沉降問題。

二、研究結果

（一）施工引發的變形問題

分析地下連續墻在水平變形上存在的規律，對深基坑施工工程進行基坑開挖與降水的研究，探究工程推進的同時對臨近建筑物產生的沉降現象。地下連續墻產生水平位移是因為施工時對墻體兩側土體造成了擾動，墻體兩側受到的水平方向上力的同時也會導致墻體處于失衡狀態，這是墻體變形的一個重要原因。周圍土體受力變化，隨后達到平衡受力狀態。一般情況下，深基坑施工工程中地下連續墻是朝著基坑內部方向進行的水平位移，人們在開挖第一層土的時候，地下連續墻頂端水平位移明顯，這是因為施工單位還沒有安裝第一道支撐結構。安裝支撐后再進行基坑開挖和降水工作，此時地下連續墻頂端將不會出現位移問題。為了保持墻體的整體穩定性，第一道支撐十分重要，這是保證深基坑施工工程的關鍵，無論什么樣的工況，維護墻體都會在開挖面周圍產生變形，當開挖作業到達基坑底部時，開挖地面也會產生變形。本工程產生的最大水平位移就是在坑底的上部，和地面之間有3m 左右的距離。分析數據，了解土層設置情況，會發現在不同混合巖體的分界位置上，受基坑外部壓力的影響，基坑的變形程度最大位置開始上衣，圍護結構內不良土層的位置會對變形的墻體位置產生影響[2]。

（二）地質條件造成的淺基礎沉降影響

地質條件不同，對地下連續墻產生的影響也會不同，建筑基礎和墻體變形規律也會產生變化。如果地下連續墻屬于中風化巖，周圍環境的地表沉降分布和水平方向位移將會有一定的規律。在深基坑開挖到坑底部位時，地下連續墻的位移在側向上將會增加23%左右，連續墻底部位置產生的側向位移也會比原來大6 倍以上。將中風化巖和微風化巖的連續墻產生的水平位移和沉降對比，發現淺基礎沉降時，基礎面一直保持平面，平均沉降就是一兩角點為基礎計算的平均值；差異沉降是兩角點上的差值。與微風化巖相比，中風化巖狀態下的地下連續墻存在更加明顯的沉降問題，這說明中風化巖的滲透性更加高。造成這一情況的原因主要為兩方面：一方面，中風化巖的滲透性更強；另一方面，中風化巖的變形模量比微風化巖要小，受降水的影響，深基坑的臨近淺基礎沉降增量不同，有效應力因此而增加。此外，深基坑開挖深度也會對基礎底部的應力產生影響，以某個應力較大的點為例，開挖前應力是4.1.4kPa，開挖后應力是407.7kPa，增幅1.56%。可知基坑開挖會讓條形基礎底部的應力增大，基坑開挖的深度越深，底部應力就會越大。和沉降量相同，在基坑開挖的前期，靠近深基坑測點位置的應力將會明顯增加。

總結：總而言之，深基坑工程施工中，實際施工將會給周圍建筑和臨近地面基礎帶來不同的變化。可以從深基坑開挖和降水情況出發，對臨近淺層基礎的沉降情況展開分析，探究地質條件不同給地面帶來的沉降問題，通過建立有限元分析模型，驗證地面沉降的相關影響因素。