污水處理廠基坑開挖前預(yù)降水對支護(hù)墻變形的影響研究

邵 棟

（西安凈水處理有限責(zé)任公司,陜西 西安 710016）

1 引 言

對于以往的基坑工程,監(jiān)測支護(hù)墻的變形大部分是從開挖基坑時(shí)開始的,也就是說在開挖基坑前,認(rèn)為支護(hù)墻并沒有產(chǎn)生變形,變形量為0,所以以前大部分學(xué)者研究基坑變形時(shí)都是以此為基礎(chǔ)的[1-4]。當(dāng)基坑施工區(qū)域有較高的水位時(shí),一定要在開挖前開展預(yù)降水工作,避免地下水對工程產(chǎn)生影響[5-6],但降水的時(shí)間段內(nèi),支護(hù)墻已經(jīng)設(shè)置好了,這就使降水活動(dòng)不可避免的影響到支護(hù)墻,使支護(hù)墻出現(xiàn)位移和力學(xué)方面的變化。而當(dāng)前學(xué)者對基坑變形的研究重點(diǎn)基本都是在“開挖基坑后”的階段內(nèi),鮮有人研究基坑沒開挖前預(yù)降水活動(dòng)對支護(hù)墻變形的影響,對類似項(xiàng)目的分析也很少。缺乏大寬度、大面積基坑在開挖前,預(yù)降水活動(dòng)對支護(hù)墻受力變形影響的研究和分析。基于此,本文以某基坑工程為例,研究分析大面積、大寬度基坑開挖前的降水工作對支護(hù)墻側(cè)移變形的影響,并與地層條件、降水時(shí)間和深度相似的長條形窄基坑進(jìn)行對比。

2 工程概況與降水井布置

2.1 工程概況

某污水處理廠基坑基坑平面尺寸長和寬分別是256 m 和183 m,15.85 m～17.35 m 為開挖深度h,可看出此基坑面積和寬度較大。基坑的西、北以及東側(cè)都有城市道路。并有地鐵聯(lián)絡(luò)線存在于基坑南側(cè),距離基坑約16 m,為地鐵聯(lián)絡(luò)線埋深為20.1m。所以在基坑西側(cè)、東側(cè)以及南側(cè)設(shè)置了地下連續(xù)墻,厚度為1.2 m,深度為33.2 m,并設(shè)置止水帷幕。在基坑?xùn)|西側(cè)和北側(cè)設(shè)置灌注樁,單排。場區(qū)粉土層中賦存潛水,1.7 m～3.1 m為水位埋深,13 m 為潛水層地板深度；粉砂層和粉土層里分別賦存第一承壓水和第二承壓水,7.2,9.3 m 為承壓水頭埋深。

2.2 布設(shè)降水井測量點(diǎn)

在基坑內(nèi)設(shè)置降水井時(shí),根據(jù)一個(gè)井有200 m2～250 m2的疏干面積來布設(shè),12 m～21 m 為降水井之間的距離,在坑內(nèi)一共布設(shè)了降水井226 口。降水井類型選取無砂管井,500 mm為井徑,23 m 為其平均深度,并將濾管設(shè)置在井內(nèi)。在基坑四周設(shè)置了測斜管,一共20根,編號為C1～C20,28 m 為測斜管長度,測斜管全部安裝在地連墻的鋼筋籠上。并將20 口觀測井設(shè)置在基坑外部,18 口來觀測潛水水位,G1～G18 為其編號；2 口來觀測第二承壓層水位,YG1～YG2 為其編號。

3 預(yù)降水和支護(hù)墻側(cè)移的關(guān)系

群井降水對大面積基坑支護(hù)墻的影響主要為墻體側(cè)移,持續(xù)時(shí)間始于6月30 號,截止于7月13 號。在開挖基坑之前要先開展降水工作,在基坑底部以下2 m 位置處放置水泵。不過在開展降水工作時(shí),多井并沒有發(fā)揮出較好的疏干效果,一個(gè)井只能達(dá)到1 m3/d～4 m3/d 的出水量。所以在7月3 號到7月9 號期間,施工方又設(shè)置了降水井78 口,之后一個(gè)井能達(dá)到20 m3/d～40 m3/d 的出水量。7月14 號,現(xiàn)場開展基坑懸臂開挖工作。疏干降水期間里補(bǔ)充設(shè)置的降水井可以達(dá)到17 m 的水位降深,對于G6 和G7 這兩個(gè)基坑外部的觀測井（監(jiān)測潛水位）測出水位分別有1.1m、0.3 m 的下降深度,而剩下的觀測井測出的水位都表現(xiàn)出小幅度上升,0.2 m 為最大上升值。此現(xiàn)象表示止水帷幕在G6 和G7 部位處有發(fā)生滲漏的概率,或者是此處和基坑內(nèi)的水力聯(lián)系強(qiáng)于其他位置。因?yàn)镃11～C20、C1～C4 測點(diǎn)開始工作的時(shí)間稍晚,只有C5～C10 測點(diǎn)的監(jiān)測時(shí)間是從開挖基坑時(shí)開始的,地下連續(xù)墻側(cè)移是由C5 負(fù)責(zé)監(jiān)測,灌注樁側(cè)移是由C6～C10 負(fù)責(zé)監(jiān)測。表1為部分測點(diǎn)開始降水和補(bǔ)充井的設(shè)置時(shí)間。

表1 各位置補(bǔ)井和開啟降水井的時(shí)間

將開挖基坑前預(yù)降水工作里C5～C10 部位支護(hù)墻發(fā)生的側(cè)移繪制如圖,并和某長條形窄基坑[5]里的最大側(cè)移發(fā)生部位C3 測點(diǎn)進(jìn)行了對比,結(jié)果見圖1。該長條形窄基坑的降水時(shí)間與本文基坑基本一致。

圖1 本文基坑各部位測點(diǎn)與長條形窄基坑C3 部位側(cè)移規(guī)律的對比

圖1的結(jié)果表示：

（1）C6～10（灌注樁）和C5（連續(xù)墻）都產(chǎn)生了懸臂側(cè)移,方向朝著基坑。

（2）在C7、C8 測點(diǎn)周圍對降水井進(jìn)行補(bǔ)做后,這兩部位的側(cè)移值快速增大,發(fā)展速度較快；比如,在7月6 號到同月13 號的時(shí)間段里,C8 位置最大側(cè)移7 天提高了14.1 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灌注樁在前7 天里的側(cè)移,約為其12 倍。此現(xiàn)象表示坑內(nèi)降水的過程會對支護(hù)墻側(cè)移造成嚴(yán)重的影響,兩者有著比較緊密的關(guān)系。假如基坑里降水工作有著持續(xù)的時(shí)間較長（7 天）、流量較大（一個(gè)井20 m3/d～40 m3/d）和深度較大（18 m）的特點(diǎn),此種情況下支護(hù)墻就會出現(xiàn)非常顯著的側(cè)移。值得注意的是,15 mm 為C8 位置的最大側(cè)移值,已經(jīng)接近此基坑變形預(yù)警值的一半,并且基坑在這個(gè)時(shí)候并未被挖開。

當(dāng)降水深度和降水時(shí)間基本一樣時(shí),寬度面積較大的基坑比長條形窄基坑的懸臂側(cè)移嚴(yán)重。比如,在7月2 號到同月6 號的時(shí)間段里,C5 測點(diǎn)位置處的連續(xù)墻（1.2 m 厚）在4天內(nèi)的側(cè)移最大值約為7 mm,而寬度較小基坑的連續(xù)墻（0.8 m 厚）在4 天內(nèi)的側(cè)移最大值約為5 mm,同時(shí)墻體深部發(fā)生的側(cè)移程度也遠(yuǎn)低于此工程。C10、C8、C7 測點(diǎn)也呈現(xiàn)出大致相同的現(xiàn)象。不過C10、C8、C7部位盡管是灌注樁支護(hù),與地下連續(xù)墻相比整體性較差,但是已有研究表示,開挖基坑之前的預(yù)降水活動(dòng)造成支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移的關(guān)鍵原因是滲流力作用在基坑內(nèi)土體上,使其發(fā)生側(cè)移,且方向朝向降水井,土體側(cè)移積累導(dǎo)致支護(hù)墻產(chǎn)生側(cè)移變形,此現(xiàn)象和支護(hù)墻的剛度并沒有較大的聯(lián)系。除此之外,有學(xué)者對多種類型支護(hù)墻的側(cè)移實(shí)測值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析,結(jié)果表明增大支護(hù)墻剛度并不能削弱墻體的側(cè)移程度,墻體剛度和其側(cè)移程度沒有較大的關(guān)聯(lián),彼此獨(dú)立。降水深度和降水時(shí)間基本相同時(shí),C10、C8、C7 部位灌注樁比連續(xù)墻側(cè)移實(shí)測值要大并不是兩種支護(hù)方式的剛度差引起的。對于C6 測點(diǎn)部位處支護(hù)墻側(cè)移值增長速度較低是因?yàn)闇y點(diǎn)周圍降水井沒有較大的出水量。參考降水記錄,1 m3/d～4 m3/d 為此位置降水井出水量,也沒有補(bǔ)充做井。

值得一提的是,在基坑未開挖時(shí)的降水時(shí)間內(nèi),還沒有對基坑開展支護(hù)墻頂部變形監(jiān)測工作,所以本文實(shí)際測得的支護(hù)墻側(cè)移結(jié)果都是將測斜管的最底端視作0,由下至上進(jìn)行監(jiān)測記錄。

4 結(jié)論

本文以某新建污水處理廠基坑工程為例子,研究分析了開挖寬度和面積較大的基坑開挖前降水工作對支護(hù)墻側(cè)移變形的影響,并與地層條件、降水時(shí)間和深度相似的長條形窄基坑進(jìn)行了對比,得到了如下結(jié)論：

（1）坑內(nèi)降水的過程會對支護(hù)墻側(cè)移造成嚴(yán)重的影響,兩者有著比較緊密的關(guān)系。假如基坑里降水工作有著持續(xù)的時(shí)間較長（7 天）、流量較大（一個(gè)井20 m3/d～40 m3/d）和深度較大（18 m）的特點(diǎn),此種情況下支護(hù)墻就會出現(xiàn)非常顯著的側(cè)移。值得注意的是,15 mm 為C8 位置的最大側(cè)移值,已經(jīng)接近此基坑變形預(yù)警值的一半,并且基坑在這個(gè)時(shí)候并未開挖。

（2）當(dāng)降水深度和降水時(shí)間基本一樣時(shí),寬度面積較大的基坑比長條形窄基坑的懸臂側(cè)移嚴(yán)重。比如,在7月2 號到同月6 號的時(shí)間段里,C5 測點(diǎn)位置處的連續(xù)墻（1.2 m 厚）在4 天內(nèi)的側(cè)移最大值約為7 mm,而寬度較小基坑的連續(xù)墻（0.8 m 厚）在4 天內(nèi)的側(cè)移最大值約為5 mm,同時(shí)墻體深部發(fā)生的側(cè)移程度也遠(yuǎn)低于本文的基坑工程。

（3）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移的關(guān)鍵原因是預(yù)降水活動(dòng)造成的滲流力作用在基坑內(nèi)土體上,使其發(fā)生側(cè)移,且方向朝向降水井,土體側(cè)移積累導(dǎo)致支護(hù)墻產(chǎn)生側(cè)移變形,不過此現(xiàn)象和支護(hù)墻的剛度并沒有較大的聯(lián)系,增大支護(hù)墻剛度并不能削弱墻體的側(cè)移程度。