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摘要：随着城市化进程的发展，我国很多建设项目不断发展，深基坑也越来越多。天津站交通枢纽后广场基坑开挖面积大，水源补给充分，通过模拟计算和实测数据对比分析，总结出深基坑降水施工引起周围地表变形规律。
关键词：深基坑；降水施工；地表沉降；数值模拟
引言
由于地下水的存在，深基坑工程施工往往需要降低基坑地下水位，但势必会引发基坑周围一定范围土体内地下水位变化和应力场的改变，从而导致周围土体变形地面下沉，造成邻域内建构筑物的破坏，对周围环境产生不良影响，甚至出现工程事故，所以确定降水施工引起的地面沉降和地层位移的规律，可以指导基坑支护及降水设计，对避免基坑工程周围结构物的破坏具有重要意义。本文以天津站交通枢纽基坑工程为依托，总结降水施工引起周围地表和地层位移的范围和规律，并与工程实际监测数据进行对比分析，以达到优化施工从而最大程度减少地表沉降。
1工程概况
天津站交通枢纽工程的主基坑工程位于后广场的新广路、华兴道、新兆路交口处，为地下3层（局部4层）多跨框架结构，部分基坑深度约25m，最深处30m，围护结构为地下连续墙，墙厚1.2m，深42～53m，基坑宽73～105m，为国内首见。基坑所处地质类型自上而下呈软弱～中硬场地土，其中第四系全新统人工填土层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层工程性质较差，尤其是第Ⅰ海相层中的淤泥质粉质粘土层，属高压缩性土，而工程地下一层板正处于该土层上，施工时要充分考虑地基土回弹隆起造成的影响。基坑开挖施工时，基坑内设置潜水降水井和承压水减压井，坑外设置深层减压井和回灌井，以备发生涌水、涌砂及坑外地面沉降过量等危险时启用。为了降低基坑内被开挖土层的含水量，在基坑内布置疏干井群，疏干基坑内浅层地下水及微承压水，使潜水及微承压水水位降到基坑开挖面以下，以确保坑内施工作业面无水。
2计算内容与模型
2.1计算内容
对基坑降水施工的全过程进行模拟计算，通过对比分析基坑降水及开挖施工对地层位移和地表沉降所产生的影响，绘制地表沉降及地层位移对比曲线图，并与实测数据进行对比分析，从而总结降水施工过程中地表及地层沉降变化规律。
2.2计算模型
按照183.4m宽、75m深创建基坑计算模型，基坑宽33.4m，开挖深度为25.0m，支护结构采用连续墙。模型中土体采用Mohr－Coulomb材料模型；支护结构采用4节点平面单元，线弹性材料模拟，综合考虑运算效率和精度，选择适当密度划分有限元网格。
2.3模拟方法
（1）基坑施工步骤。基坑分4步开挖，第1步开挖至顶板底面处，并设置顶板，然后覆土回填顶板以上的土；第2步开挖至第一层中板底面处，设置该中板和以上的内衬墙；第3步开挖至第二层中板底面处，设置该中板和以上的内衬墙；第4步开挖至底板底面处，设置底板和以上的内衬墙。（2）基坑降水。本工程采用在基坑内设置承压水减压井，对坑内地面至坑底以下一定深度内的土层疏干并降水施工。在本计算软件中通过温度等效模拟渗流，从而分析降水过程。每步开挖前预先将基坑内水位降低到该步最终开挖面以下1m的位置来模拟实际基坑的降水施工，保证基坑内无水作业。
3计算结果与分析
3.1基坑降水对地表及地层位移影响分析
分别提取降水开挖过程中地表沉降和土体位移的计算结果，根据提取数据绘制基坑降水施工对地表沉降和土体位移的对比曲线如图1（a）、（b）所示。基坑降水开挖时墙后随深度土体水平位移曲线如图1所示。
由图1可知，基坑降水对周边地表沉降的影响范围为45m左右，其最大地表沉降位置位于距基坑边缘13m左右。随着基坑降水开挖，其地表沉降值也逐渐增大，在第四步开挖后地表沉降最大值为22.495mm。大致成“平推型变形”，第一、二步降水和开挖，在深度3m以下各深度位置的位移大致相同，导致墙后土体水平位移的是第三、四步基坑开挖和降水，降水导致墙后土体向基坑外侧移动，基坑开挖又使墙后土体向基坑内侧水平位移。
3.2与工程监测数据对比分析
为了使本文数值计算真实可靠，在总结基坑降水开挖造成地表沉降和地层位移规律的基础上，将计算与工程实际监测的数据进行对比分析。工程实测地表沉降影响范围曲线图和基坑开挖地表沉降范围与量值分别见图2和表1，其中DB代表地表沉降测点。通过图2、图3和表1可知，基坑降水开挖引起周围地表沉降范围达40m以上，基坑周围地表沉降值最大的点位于测点DB24处，达28.06mm，本文中的数值计算中基坑降水开挖引起周围地表沉降范围为45m左右，地表沉降最大值为22.495mm，通过与DB21-DB23、DB24-DB28实测监测数据对比，表明两者变化趋势基本吻合。
以上工程实践表明：基坑开挖前后要对周围建筑物进行严密沉降观测，监测范围应为基坑深度的1.5～2.5倍，在降水井点与重要构筑物之间设置回灌井、回灌沟，降水的同时将水回灌其中，以使靠近基坑的构筑物一侧地下水位基本维持不变，从而减少或控制相邻构筑物的沉降。
结语
（1）天津站交通枢纽后广场主基坑降水施工对周边地表沉降影响范围为45m左右，最大沉降位置距基坑边缘13m左右，基坑墙后土体随深度水平位移大致成“平推型变形”，墙后土体水平位移主要是第三、四步基坑降水开挖施工导致，降水施工引起墙后土体向基坑外侧位移，基坑开挖使墙后土体向基坑内侧位移。
（2）在基坑施工过程中，尽可能缩短第三、四步降水开挖施工的时间，加快施工进度，并尽快进行回填土作业，以缩短降水的时间，在可能的条件下，施工安排在水位较低或枯水的季节，以减少降水的深度和抽水量。
参考文献：
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［2］张勇，赵云云.基坑降水引起地面沉降的实时预测［J］．岩土力学，2008，29（6）：1593－1596．
［3］乔焕新，白学敏，尹洪武，等.基坑降水引发周围地面沉降的实例分析［J］．华北科技学院学报，2007，4（3）：47－51．
论文作者:谢小春
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/16
标签：基坑论文; 地表论文; 位移论文; 后土论文; 工程论文; 地层论文; 深度论文; 《基层建设》2017年第12期论文;