深基坑開挖對既有高擋墻的影響分析

陳 娟

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 概述

隨著地下空間的不斷發展，復雜環境下的基坑工程越來越多。當基坑一側存在山地邊坡、高層建筑物時，受到的偏壓作用使基坑設計更復雜，基坑及周邊環境的穩定性也大大降低[1-2]。雷用等[3]通過高度為41m 的巖質順層超限高邊坡開挖對既有隧洞的影響進行了分析評價，采用樁錨對邊坡進行支護設計，薛麗影等[4]對高填方邊坡工程提出樁基立柱錨拉式擋土墻結構，并對其強度及穩定性進行分析，趙志剛[5]等對長沙某既有重力式擋土墻加固提出錨桿網格梁聯合加固的方案。在高擋墻下開挖深基坑，高擋墻產生的偏載對基坑變形有多大的影響，基坑對高擋墻的變形及穩定性影響有多大，如何降低這種影響，目前缺少相應的理論支撐，類似工程案例及經驗也缺乏。本文通過對杭州某工程實例的分析，采用有限元計算分析并結合實測數據驗證了高擋墻加固方案的有效性，供類似項目參考。

2 工程概況

杭州某市政隧道臨近既有重力式高擋墻施工，隧道基坑與高擋墻最小凈距12.9m。

該擋墻高約8m，為漿砌塊石擋墻，擋墻結構尺寸不詳，經過現場探挖可知基礎埋深約1.3m，由0.5m 素混凝土+0.8m 漿砌塊石組成。由于擋墻的年代較久遠，經過長期的風化作用，漿砌塊石砂漿粘結力差，且強度低，經現場排查表面多處已出現裂縫及空鼓，且部分泄水孔已經堵塞，排水不暢。

市政隧道采用明挖法施工，基坑開挖深度23.6～27m，開挖寬度23.4～25.6m，隧道基坑圍護結構采用?1200@1000 鉆孔咬合樁，樁長27.5m，采用3 道砼支撐和一道鋼支撐，坑中坑采用1∶0.3放坡開挖。

擬建場區為山前斜谷坡洪積平原地貌，地層從上至下依次為：①1層碎石填土、②2層粉質粘土、④1層淤泥質粉質粘土、(20)a-1層全風化泥質粉砂巖、(20)a-2層強風化泥質粉砂巖、(20)a-3層中風化泥質粉砂巖。

場區內地下水類型主要是第四紀松散巖類孔隙潛水?？紫稘撍饕x存于表層填土、②層砂質粉土、粉砂、淤泥中，水位一般為1.40～5.80m，相應高程1.81～7.41m，水位年變幅為1.0～2.0m。土層物理力學指標設計參數如表1所示。

表1 土層物理力學指標設計參數表

3 高擋墻加固方案

經過現場調查以及對既有高擋墻進行評估，高擋墻的整體結構基本完整，由于表面塊石裂縫及空鼓的存在，需要在基坑開挖前對擋墻面層以及墻趾進行加固，提高擋墻的整體穩定性。同時需采取一定的措施減小基坑開挖變形對擋墻的影響。結合擋墻的現狀條件，為盡可能減小對擋墻自身結構的影響，加固措施主要如下：

（1）全面排查擋墻塊石的空鼓裂縫，采用M10的水泥砂漿填充裂隙，確保塊石之間的連接強度，增加高擋墻的整體性。

（2）部分泄水孔已經堵塞失效，應提前進行疏通，已損壞的泄水孔在原擋土墻上抽芯成孔，插入100PVC管，泄水管與擋墻之間的空隙采用水泥砂漿填滿。

（3）清除高擋墻原來的面層，重新施工200mm 厚C30 鋼筋混凝土面板，面板鋼筋通過錨釘固定在擋墻上，面板延伸至擋墻的墻趾深度。

（4）擋墻墻角外側2m 位置跳樁法施工?800@1200鉆孔灌注樁，灌注樁頂部設置混凝土圈梁，增加整體剛度，且圈梁與擋墻基礎之間采用鋼筋混凝土梁連接，起到隔離變形和加固墻趾的作用。擋墻加固剖面圖如圖1所示。

圖1 高擋墻與基坑剖面示意圖

4 基坑開挖對高擋墻影響分析

4.1 計算模型

為了準確預測基坑開挖對高擋墻的影響，采用有限元軟件Midas GTS NX 進行計算分析，計算模型由隧道明挖段基坑、高擋墻及周邊土體組成，模型尺寸150m×52m，周邊土體取基坑開挖深度的3倍范圍[6]。

模型土體采用基于修正Mohr-Coulomb 破壞準則的理想彈塑性模型，模型位移約束條件：表面為自由面，兩側約束水平方向位移，底部為固定約束。土體采用2D平面應變實體單元，圍護樁采用等效厚度的梁單元，基支撐采用1D梁單元模擬。計算模型如圖2所示。

圖2 計算模型

4.2 計算結果分析

基坑開挖到底時，兩側圍護結構的水平位移如圖3所示，高擋墻的水平位移、豎向位移如圖4所示。

圖3 基坑左側、右側圍護水平位移圖

圖4 高擋墻水平、豎向位移云圖

由計算結果可知，基坑兩側圍護樁的水平位移值均相對較小，靠近擋墻側圍護樁最大水平位移16.6mm，遠離擋墻側圍護樁最大水平位移8.5mm，可見靠近高擋墻圍護樁水平位移遠大于遠離擋墻側圍護樁，高擋墻距離基坑12.9m，位于基坑0.7倍開挖深度的主影響區內，因此造成兩側圍護結構變形差異的主要原因為高擋墻產生的約150kPa的偏載。

圍護結構最大水平位移出現在10m 深度位置，因為基坑淺部以填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土等土質地層為主，強度較低，側向壓力大，而下部為強度較高的強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖，側向壓力小，因此隨著基坑開挖到底，最大變形出現在基坑上部。而且基坑圍護樁結合多道混凝土支撐形成剛度較大的結構體系，對基坑變形起到很好的控制作用。

基坑開挖過程中，高擋墻基礎最大水平位移2.17mm，頂部最大水平位移3.03mm，高擋墻的基礎埋深較淺，對應深度的基坑圍護樁水平位移7.6mm。高擋墻最大豎向沉降位移為12.15mm，且出現在靠近基坑一側的墻角，遠離基坑側墻角豎向位移10mm，擋墻傾斜值為0.87‰，小于《建筑地基基礎設計規范》要求的2‰。

由以上分析可知，高擋墻與基坑相互影響，高擋墻超載增加基坑的圍護變形，同時基坑變形增加同時也會加大高擋墻的變形。在本工程中通過高擋墻加固、基坑加強支護等措施，基坑及高擋墻的變形均能控制在變形要求內。

5 監測數據分析

為了進一步確定基坑與高擋墻的相互影響，基坑開挖過程中對高擋墻、基坑分別進行水平位移和豎向位移監測，高擋墻位移監測點布置如圖5所示，擋墻水平和豎向位移如圖6所示。

圖5 高擋墻監測點布置平面圖

圖6 高擋墻豎向、水平位移監測圖

由圖可知，由于測量誤差存在，個別測點豎向位移表現為隆起。綜合分析可以看出隨著隧道基坑開挖深度的增加，豎向位移逐漸增加，最大豎向位移7.67mm。且豎向位移較大的監測點分別為JGC05、JGC06、JGC07，這三個測點均位于長條形基坑的中間，基坑空間效應最弱、基坑圍護變形最大的位置，符合長條形基坑變形分布規律。

高擋墻水平位移分布較離散，水平位移變化范圍為-3.1～5.9mm，且整體水平位移均較小，一方面由于中風化巖層開挖過程中，機械設備的振動對擋墻水平位移產生一定的影響，另一方面高擋墻的整體剛度較好，抗變形能力強，同時設置隔離樁對抵抗變形有起到一定的作用。同時以擋墻監測點JGC06對應的基坑剖面為例，靠近擋墻側基坑圍護樁的最大水平位移為17.43mm，遠離擋墻側圍護樁水平位移8.66mm，與有限元計算結果基本一致。

以上實際監測位移量均滿足相關要求，經過對比分析證明了有限元計算的可行性，也進一步驗證了高擋墻加固方案的有效性。

6 結論

本文以杭州某隧道基坑臨近既有高擋墻施工為工程背景，針對高擋墻與基坑在施工過程中相互影響這一關鍵問題提出相應的設計技術措施，并通過有限元與現場實測數據對比分析，驗證方案的合理性，對同類型的工程案例具有一定的參考價值，得出以下主要結論。

（1）高擋墻的加固方案應以其現狀評估結論為基礎，采取的措施應盡量減小對高擋墻既有結構的擾動和破壞，確保其完整性和穩定性。

（2）基坑與高擋墻之間設置鉆孔隔離樁，既能有效減少基坑開挖過程中高擋墻的位移，又增加了高擋墻的抗滑穩定性。

（3）隔離柱與高擋墻基礎之間的剛性連接，能起到加固擋墻基礎的作用，增加高擋墻基礎的穩定性。

（4）高擋墻的存在會對基坑的一側產生偏載，加強基坑圍護結構剛度，并結合多道砼支撐，能加強偏載作用下基坑的穩定性同時也減小了基坑的變形。