李

(浙江科欣工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司,浙江 杭州 310015)

1 問題的提出

在水利工程、交通工程以及工業(yè)與民用建筑建設(shè)過程中,基坑圍護(hù)工程及周邊建筑物的安全正越來越受到參建各方的重視,其中基坑對(duì)周邊建筑物安全的影響主要來自其開挖過程中給周邊建筑物產(chǎn)生的附加沉降,過大的沉降可能導(dǎo)致周邊建筑物的傾斜、甚至產(chǎn)生裂縫,輕則影響建筑物的使用功能,嚴(yán)重的可能導(dǎo)致周邊建筑物的報(bào)廢[1]。為此,本文結(jié)合工程實(shí)例,重點(diǎn)分析了不同地層條件下基坑開挖過程中地下水位下降的規(guī)律、地下水位下降對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生附加沉降的計(jì)算方法、以及基坑四周地下水位監(jiān)測(cè)的注意事項(xiàng)等[2]。

2 地下水位下降對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生附加沉降的原因及計(jì)算方法

2.1 產(chǎn)生附加沉降的原因

對(duì)于基坑周邊的建筑物來說,水位下降也就意味著會(huì)在地基中產(chǎn)生一個(gè)附加應(yīng)力,這個(gè)附加應(yīng)力就會(huì)在地基中產(chǎn)生附加的沉降[3]。

2.2 附加沉降的計(jì)算方法

附加沉降可以根據(jù)分層總和法進(jìn)行計(jì)算[4],即:

式中:S為地基由于地下水位下降引起的沉降量,m;α為土的壓縮系數(shù),MPa-1;e0為土層的原始孔隙比;h為土層高度,m;ES為土層壓縮模量,MPa;ESi為基礎(chǔ)底面下第i土層的壓縮模量,MPa;Δ p為地下水位下降施加于土層的平均壓力,MPa。

2.3 離開基坑L距離處的地下水位

基坑周邊的地下水位可以根據(jù)下面的滲流拋物線公式計(jì)算[5],示意圖見圖1。

式中:q為滲入基坑的單寬滲流量,m3/(s·m);L為離開基坑的距離,m;h為基坑壁的地下水位,m;H為離開基坑L距離處的地下水位,m。

3 工程實(shí)例分析

3.1 實(shí)例 1

某建筑基坑,最大挖深為10.0 m,地下水位位于地表下1.5 m,基坑周邊土層分布見表1,基坑周邊地下水位降落示意見圖1。

表1 實(shí)例1工程基坑周邊土層分布表

圖1 某建筑基坑周邊地下水位降落示意圖

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果,基坑開挖完成時(shí),基坑外壁實(shí)測(cè)地下水位下降了3.00 m,實(shí)測(cè)基坑縱向每米滲流量 q=1×10-5m3/(s·m),則離開基坑壁不同距離L的地下水位H按式(3)計(jì)算,結(jié)果見表2。

表2 某建筑基坑離基坑壁不同距離的地下水位表m

在離開基坑壁22.5～34.0 m位置有1幢民用住宅,它采用條形基礎(chǔ),根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果,基礎(chǔ)位置的地下水位下降幅度0.27～0.00 m,下降幅度很小 (見圖1)。假如按下降幅度0.25 m計(jì)算,根據(jù)公式(1)和 (2)計(jì)算該住宅會(huì)產(chǎn)生2.0 cm的附加沉降量 (見表3)。

表3 某建筑基坑周邊建筑物受地下水位下降影響的沉降量表

該基坑自2011年2月2日開挖,2011年7月1日完成,歷時(shí)近5個(gè)月,周邊建筑物實(shí)測(cè)沉降過程線見圖3。至開挖完成,實(shí)測(cè)該住宅在施工期產(chǎn)生的累計(jì)沉降僅8.0 mm,因此該工程在基坑開挖過程對(duì)住宅的影響很小,對(duì)它的安全沒有明顯影響。

3.2 實(shí)例2

某水利水運(yùn)工程,與實(shí)例1位于同一城市,二者相距僅3 km,基坑最大挖深為9.8 m,地下水位位于地表下1.5 m,基坑周邊土層分布見表4,坑周邊地下水位降落示意見圖2。

表4 實(shí)例2工程基坑周邊土層分布表

圖2 某水利水運(yùn)工程基坑周邊地下水位降落示意圖

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果,基坑開挖完成時(shí),基坑外壁實(shí)測(cè)地下水位下降了 3.0 m,實(shí)測(cè)基坑縱向滲流量 q=1×10-5m3/(s·m)。離開基坑壁不同距離 L的地下水位H按式(3)計(jì)算,結(jié)果見表5。

表5 某水利水運(yùn)工程基坑離基坑壁不同距離的地下水位表 m

在離開基坑壁30～40 m位置有1幢民用住宅,它同樣采用條形基礎(chǔ),根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果,基礎(chǔ)位置的地下水位下降幅度2.83～2.87 m,雖然該建筑物離基坑距離已經(jīng)有30多米,但地下水位下降幅度仍很大。假如按下降幅度2.85 m計(jì)算,根據(jù)公式 (1)和 (2)計(jì)算,該住宅會(huì)產(chǎn)生23.75 cm的附加沉降量(見表6)。

表6 某水利水運(yùn)工程基坑周邊建筑物受地下水位下降影響的沉降量表

續(xù)表6

該基坑自2011年1月1日開挖,2011年8月7日完成,周邊建筑物實(shí)測(cè)沉降過程線見圖3。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè),實(shí)測(cè)該住宅在施工期產(chǎn)生的沉降為18.70 cm,房屋四周出現(xiàn)了幾條明顯的裂縫。

圖3 2個(gè)工程的實(shí)測(cè)周邊建筑沉降過程線圖

3.3 對(duì)比分析

基坑周邊的地下水位下降幅度和影響范圍受到很多因素的影響,首先是滲水量,對(duì)于任何圍護(hù)結(jié)構(gòu),由于施工的原因,或多或少都存在滲入基坑的滲水量。如果單位時(shí)間的滲水量Q越大,則基坑周邊地下水位下降幅度就大;其次是土層的土性,從本文的2個(gè)工程實(shí)例可以看出,在基坑壁水位同等下降幅度的條件下,其地下水位下降的影響范圍差別很大;還有影響因素有施工期的降雨量,根據(jù)工程實(shí)踐,降雨對(duì)地下水位也有明顯影響[6]。

基坑周邊建筑物由于基坑開挖會(huì)產(chǎn)生附加沉降,它的影響因素來自2個(gè)方面,第1個(gè)因素是地基土的側(cè)向變形,在基坑開挖過程中,基坑壁附近土體隨圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生面向基坑的水平位移,隨之引起地基沉降;第2個(gè)影響因素是地下水位下降,它會(huì)在地基土中產(chǎn)生附加應(yīng)力,繼而產(chǎn)生附加沉降。由于本文的工程實(shí)例其周邊建筑離開基坑壁距離較遠(yuǎn),地基側(cè)向變形的影響可以忽略不計(jì),因此主要考慮了地下水位下降產(chǎn)生的附加沉降。由于2個(gè)工程土性的差別,地下水位下降影響范圍差別很大,實(shí)測(cè)沉降量一個(gè)僅8.0mm,另一個(gè)則下降了187.0 mm。

從沉降量的理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果來看,由于理論計(jì)算是最終沉降量,沒有考慮到固結(jié)度的影響,且由于基坑從開挖到回填的時(shí)間較短,因此實(shí)測(cè)沉降量明顯小于理論計(jì)算值。從工程實(shí)例2來看,理論計(jì)算沉降量是237.5 mm,實(shí)測(cè)沉降是187.0 mm。

4 結(jié) 論

從以上2個(gè)工程實(shí)例的計(jì)算和觀測(cè)結(jié)果分析來看,可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)同樣的基坑開挖深度對(duì)周邊地下水位的影響明顯不同,尤其土層的性質(zhì),黏土層影響范圍小,砂土層影響范圍大,具體影響范圍可以根據(jù)土層的滲透系數(shù)和基坑的滲流量進(jìn)行分析計(jì)算。

(2)由于基坑開挖對(duì)地下水位的影響不同,因此對(duì)周邊建筑物的影響也不同,由地下水位變化對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生的附加沉降差別也很大。為此,基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)這方面的分析工作。

(3)在工程監(jiān)測(cè)實(shí)踐中,過去比較重視基坑壁周邊的水位監(jiān)測(cè),容易忽視周邊建筑物的地下水位監(jiān)測(cè),考慮到地下水位影響范圍的差別,基坑監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)可考慮在周邊建筑物四周布置水位觀測(cè)孔,以利于加強(qiáng)對(duì)周邊建筑物影響的監(jiān)控[7]。

(4)水位監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)要辯證分析。按現(xiàn)行監(jiān)測(cè)規(guī)范規(guī)定一般地下水位下降累計(jì)值超過1.00～2.00 m時(shí)要報(bào)警。根據(jù)本文分析,對(duì)于不同土層來說,地下水位影響范圍差別很大,因此是否威脅周邊工程的安全要具體情況具體分析,如果盲目停工會(huì)造成不必要的工期延誤。

[1]李濤.某高層基坑工程對(duì)相鄰建筑物的影響分析[J].低溫建筑技術(shù),2013(6):130-131.

[2]韓杰浩.基坑開挖對(duì)周邊建筑結(jié)構(gòu)影響及破壞機(jī)理分析[J].山西建筑,2013(9):61-62.

[3]劉文清.最新水利水電工程一級(jí)施工實(shí)用技術(shù)和管理 [M].長(zhǎng)春:吉林人民出版社,2001.

[4]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

[5]王建華,徐中華,陳錦劍,等.上海軟土地區(qū)深基坑連續(xù)墻的變形特性淺析 [J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2005(4):485-489.

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[7]龐寶根.深基坑圍護(hù)體發(fā)生流砂的搶救[J].施工技術(shù),2000(10):15-16.