摘要：以杭州市区某深基坑工程为载体，依据该工程基坑第三方监测实测数据，结合ADINA有限元软件数值模拟各种工况下连续墙成槽施工阶段，同时对比土层物理力学性质、成槽深度及地面超载情况等因素，对地连墙成槽施工阶段周边环境安全的影响程度。
关键词：地连墙；成槽；沉降；基坑安全
一、前言
依据工程经验，在地下连续墙成槽时引起的变形量与基坑土方开挖引起的总变形量对比，数值上相对基坑开挖阶段较小。但当基坑紧邻重要建筑物时，其影响还是不宜忽视的。目前对地连墙成槽的影响的研究不多，根据现有研究，地连墙成槽施工对周边的沉降影响因素中，距离是重要因素，土层物理力学性质亦是对地面沉降的主要影响因素[1]。同时，成槽时常会发生槽壁坍塌现象，特别在砂性较强的稳定地层。若基坑靠近建筑群，由于槽壁坍塌可能造成墙后地面下沉，威胁建筑物的安全，造成路面开裂以、管线损坏等[2]。本文将主要研究土层情况、周边地面荷载、成槽深度三个因素对成槽阶段沉降变形的影响。
二、工程概况
杭州滨江区某深基坑占地面积35894m2，基坑尺寸为206m×174m，基坑为四层最大挖深约23m，该场地四面都为通行中的道路，基坑南侧地连墙最靠近道路最短距离约为10m。地连墙成槽深度约55m，穿越承压水层进入强风化岩层中1.5m，典型土层情况如表1所示。地连墙的厚度1.0m，成槽宽度1.0m，每幅成槽下钢筋笼以及灌注混凝土的总时间按24小时计算。
表1 该场地典型地层分布情况及物理力学参数
注：相似土层为模拟计算方便已经合并，其力学参数指标按厚度进行了加权平均。
三、施工情况数值模拟
地连墙成槽对地面沉降的影响机理：在饱和土层中，成槽施工是在泥浆护壁的条件下进行。当护壁泥浆不能平衡主动土压力，槽壁会出现少量坍塌，外侧土体向槽内变形，从而使槽壁后方土体压力不平衡，引起地基变形地面出现不同程度沉降[3]。
按实际工程情况模拟该地连墙成槽施工过程，并加载周边路面荷载。在成槽施工阶段，基坑尚未进行降水和开挖，在施工过程中均有泥浆护壁且护壁压力稍大于土层的孔隙水压，只考虑静孔隙水压力对土体模型的影响。成孔切槽则直接采用杀死单元格的方法模拟，但考虑施工并非瞬时完成，实际施工等待钢筋笼下放的时间可能较长，所以单元格消失过程采取了延迟。距离临近道路的距离按10米计算，路面荷载按15kPa计算。
本工程基坑边较长，忽略在长度方向上变化，取典型截面作二维有限元分析。结合工程地层情况建立数值分析模型（如图1所示）。因越接近底部的土层对上部地层沉降变形影响越小，为了优化计算且不降低计算精度，下部单元格面积逐渐增大。
图1 平面模型单元划分图
四、分工况模拟计算
为分析成槽深度、周边超载、土层刚度三种因素对周边地面变形影响的程度，计算现场实际工况下以及其他假设工况下，地连墙附近及周边道路处的最大变形。并把结果进行对比分析（如表2所示）。
表2 各工况沉降计算对照表
注：无软弱土层的情况是把③淤泥质粉质粘土层变为②粉砂层后进行计算。
从表2中的工况2与3、工况4与6可以看出，土层刚度一旦增大，沉降量明显降低（如图2所示），本工程土层在中部存在8m厚的淤泥质软土层，如果该土层换为压缩性较低的粘性土或砂土，成槽施工最终的沉降结果数值低，对周边环境影响小。
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图2 不同土层时沉降对比图
由表2中的工况1、2、6可以看出，成槽施工深度越大，对地面沉降影响越大，但根据岩土工程学经验，这种影响程度是有限的，在可压缩土层的范围内才会有影响其变化。从本次模拟数据结果来看，浅部土层对沉降影响程度相对较大，这可能是由于土层附加应力扩散效果随深度增加而减弱。
对比表2中工况5、6、7的数据，可知地面超载对地表沉降影响也较大，随着地面超载量增加，成槽施工对地面沉降变形的影响增大，在表2的工况模拟结果中，30kPa的超载下45m开挖基槽后地面变形达到最大值9.698mm，沉降量对比情况如图3所示。
图3 不同地面荷载情况地面沉降对比
五、对比第三方监测实测数据
从项目现场实际的第三方监测报告数据看，当完成路边约10m长地连墙的施工后，路面沉降观测点的累积沉降数据为4.92mm，每日沉降量约0.87mm满足监测规范要求[4]。当地连墙远离该处施工时，日沉降量变化极小。实际沉降结果与数值模拟结果基本吻合（道路计算沉降量5.433mm），土层变形情况如图4所示，图中圆圈处为场地道路边缘位置。
图4 本工程情况数值模拟结果云图
六、地连墙成槽施工的安全控制分析
根据本次模拟分析的结果以及土力学基本原理，控制地连墙成槽施工可从以下几个方面考虑：
1.成槽施工挖去土体，槽内泥浆能起到平衡水平方向土压力作用，可提高泥浆重度来增加槽壁的稳定性，同时施工时的泥浆液平面应尽量抬高。
2.地表变形与基坑变形类似，也存在时空效应，缩短地连墙施工时间对控制周边场地变形也是有效手段。加快施工，争取在地表变形达到最大值之前结束其施工。
3.地面超载量与地面变形呈正关系，特别是基槽附近超载对变形影响较大，若能采取一定控制手段，可有效降低最终变形量。建议施工时文明施工合理规划重车行车路线，尽量避免土体的扰动。
4.土体性质是影响成槽影响的重要因素，因此对深厚软土层分布场地，如有条件建议对软土层采取加固手段，采用搅拌桩加固槽壁两侧土体，土体的加固范围越大变形控制能力越好。
5.成槽施工在砂性地层中进行时，泥浆向土层内渗透难以形成泥皮并保证槽内的泥浆高度，因此易发生坍塌事故，采取有效手段控制成槽施工时候槽壁坍塌，可在一定程度上控制地面沉降变形。
七、结论与建议
一般情况下，地连墙成槽施工对于周边地面的变形影响是较小的，但若场地存在深厚软土层，则能使成槽施工影响有明显加强。同时，周边地面荷载、成槽深度都是影响地连墙施工对地面沉降作用的重要因素，两者与成槽后周边场地的变形呈正关系，即荷载、深度越大，变形越大。因此在地连墙施工前，当遇土层性质较差、周边场地荷载较大且成槽深度深的情况，应预先考虑成槽施工对周边场地可能的影响，避免由土体沉降变形带来的安全事故。
参考文献
[1]章荣军、郑俊杰等，成孔切槽引起邻近桩基沉降规律及控制措施，华中科技大学学报，2011,3(4):114-118
[2]姜朋明、胡中雄，地下连续墙槽壁稳定性时空效应分析，岩土工程学报，1999,21(3):338-342
[3]刘国彬、鲁汉新，地下连续墙成槽施工对房屋沉降影响的研究，岩土工程学报，2004,26 (2): 287-289
[4]建筑基坑工程监测技术规范，GB50497-2009，中国建筑工业出版社，北京，2009
论文作者:尹立奇
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2019年2月下
论文发表时间:2019/7/19
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