深层搅拌桩支护条件下基坑周边建筑沉降分析

摘要：通过对福海花园3号楼基坑周边建筑沉降的理论计算，并将计算值和实测沉降值进行分析比较。由此得出了一些有工程实际意义的结论，对合理的基坑支护设计具有现实指导意义。

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：

1前 言

在城市中进行基坑开挖与支护，由于建筑物及地下管线等常紧邻基坑，为确保居民住宅、地下管线及周边交通干线的安全，因而对基坑土体开挖和支护方案提出了更为严格的要求[1]。基坑开挖过程中土体原有结构和平衡状态遭到破坏，开挖后基坑周边土体处于临空状态，土体将向临空一侧缓慢滑移蠕变，此时土体应力释放会引起支护结构和土体变形，将直接影响到周边建筑物的沉降，有时甚至会带来灾难性的影响。由于开挖过程土体受到不同程度的扰动，土体的性状必然发生改变，直接导致土体变得松软压缩性增大，进而引起周边建筑物新的沉降。若基坑施工开挖过程布置有井点降水，将造成地下水位降低孔隙水压力消散，由此将增加原有土层中的有效应力，有效应力的增长将引起周边建筑物新的沉降。基坑周边往往有很多建筑物，基坑施工过程不仅要保证基坑本身的安全与稳定，还要保证周边建筑物的安全与稳定。支护桩的设计不仅要满足强度控制要求，基坑内外变形也要得到严格控制。基坑开挖的场地地质条件是复杂的，基坑工程是涉及诸如场地环境因素、施工技术因素、岩土性状的力学因素在内的一项系统工程。优化设计的方案可缩短设计周期，提高设计质量[2]。下面结合工程实例进行具体分析。

2基坑周边土层沉降计算模式

基坑开挖卸荷，使应力场发生变化，引起基坑周边地面沉降。基坑开挖降水措施引起的地下水渗流，形成渗流场[3]。基坑工程包括基坑施工开挖和周边布置井点降水。两者均会对周边建筑物沉降造成影响，因此沉降计算主要包括基坑开挖后引起的沉降和井点降水造成的周边建筑物沉降[4]。

2.1井点降水引起周边土层沉降计算

基坑降水引起基坑周边地下水位下降，形成以抽水井点为中心的降水漏斗，由于降水使基坑周边土层中地下水位下降，土体中的孔隙水压力消散，直接导致土体中有效应力增加，在原有土层中产生新的沉降，可按下式进行沉降计算。

假定土层的附加沉降为

（1）

式中：－－基础下第i层土的沉降；－－基础下第i层土的厚度；

－－基础下第i层土的压缩模量； —─ 基础下第i层土的有效应力增量。

其中：――降水前土体的水头高度； ――降水后土体的水头高度。

当基础下有多个含水层时，则可对地面下多个含水层进行降水后沉降计算，地面产生总的附加沉降量为。 （2）

2.2基坑开挖引起周边土层沉降计算

基坑开挖过程中，周边地面沉降与支撑模式、支护材料及周边土性质等因素有关，可采用土体损失理论来计算周边建筑物的沉降。

假定支护桩后某一部位的任意点沉降为

（3）

式中：－－沉降槽特征宽度；；－－基础最大沉降量； ；－－支护桩后土体损失。

包括支护变形引起土体损失和坑底土体隆起引起土体损失

(4)（5）

式中 ：－－基坑宽度； 、、－－回归系数，可按下式计算。

（6）

式中： n－－计算点数； Zi－－第i点到地面的距离；yi－－第i点的位移。

3工程实例

福海花园3#楼位于海甸五中路与人民大道交叉口，楼高25层，设一层地下室，建筑下部采用桩基础，并以第5层土为天然持力层，基坑开挖尺寸为40×65m2，基坑开挖深度为5.50m。基坑深度内主要为杂填土和粉土，其中杂填土含有大量碎砖瓦砾，平均厚度2.80m，粉土层为稍密状，平均厚度3.50m，含水量为w=30.7%，饱和度Sr=96%，渗透性强，此层为主要开挖层。土体的物理力学指标见表1。基坑北侧10.00m为海甸五中路，基坑东侧7.50m是人民大道，基坑南侧和西侧3.0m是临近社区道路。此基坑围护采用深层搅拌桩支护方案，桩径为500，桩的入土深度12m，均采用双排桩布置，桩间搭接20cm， 水泥掺入比为aw=15%。为确保桩体止水严密，在成桩间进行了压密注浆处理，浆液中掺入的固化剂采用425#普硅。基坑开挖前在周围布置了井点降水以确保施工开挖顺利进行。

表1土体的物理力学指标

3.1沉降监测

在实际工程中，加强监测是十分必要的。通过实测数据，可验证计算方法及计算参数选取的可靠性，为完善设计理论提供宝贵的资料[5]。为保证基坑周边建筑物安全正常使用，在基坑开挖施工前后对周侧楼房进行了为期4个月的沉降观测。

1．观测采用3级精度标准侧绘议。

2．从基坑开挖开始进行沉降监测，每隔8-15d进行一次观测。外业观测时将观测点组成2个闭合圈，一个往返测最大闭合差±1.36mm，允许值±2.07mm，往返的最大误差为±0.17mm。

3．整个外业观测过程中均有作业记录，表2中为详细沉降观测数据。

周边建筑物的最大沉降差为3.11mm，不均匀沉降为1/3600，大大低于《国家建筑地基基础设计规范》标准要求，说明本基坑工程深层搅拌支护设计达到了很好的实际效果。

表2基坑周边建筑物累积沉降观测值（单位：mm）

3.2沉降计算

运用上述沉降计算法对周边建筑物进行沉降计算，并与实测沉降结果进行分析比较，具体情况如表3所示。

表3计算与观测沉降值比较

3.3实测和计算沉降偏差分析

从表3可见，周边建筑物实际沉降比计算沉降明显偏小，造成这一结果主要有以下几方面的原因。本沉降计算方法计算因降水引起的沉降所考虑的是理想降水状态，计算的是以降水井为中心的大漏斗范围内因有效应力增长导致的新沉降。由于支护桩的存在客观上起到隔水防渗作用，加之桩间压密注浆，支护桩的防水作用大大增强。支护桩后的地下水位并不是理想漏斗状连续下降。因为受支护桩的阻隔作用，桩后的地下水位要比理想计算水位线高，因此土层中有效应力的增长受到限制，实际沉降比计算沉降要小。再者桩间压密注浆使周边土体得以加固，土体的粘结形式和性状发生改变，土粒间的粘聚力增强，在周边形成大的防渗隔水加固体，增强了周边土体的抗渗防水性能，因为土体的渗透性降低，有效的阻止了地下水位的下降。同时由于压密注浆作用减少了开挖过程中土体受扰动破坏程度，压密注浆过程浆液劈裂周边土体，并渗入到受扰动变得松散土体的裂隙中，与土粒发生物理化学反应，土体得到固化，削弱了支护桩后土体的蠕变特性。由于压密注浆作用基坑开挖过程周侧土体得到很好的保护，因此实际沉降要小于理论计算沉降值。

5结 论

1．为保证基坑施工开挖顺利进行及基坑本身和周边建筑物安全，进行合理基坑支护与防渗设计是基坑工程一项重要任务。

2．进行合理基坑支护设计实测数据收集显得很重要，其为合理的基坑支护防渗设计及其准确的预测分析提供数值依据。

参考文献：

1孙凯许振刚刘庭金方宗新 深基坑的施工监测及其数值模拟分析[J].岩石力学与工程学报，2000年02期： 293-298

2张信贵吴恒易念平杨予深基坑支护工程方案推理机制与优化设计[J].岩石力学与工程学报， 2004年05期： 871-876

3何世秀 胡其志 庄心善渗流对基坑周边沉降的影响[j]. 岩石力学与工程学报.2003 年 9 月22(9)：1551～1554

4蒋国盛 李红民 管典志 李汉旭基坑工程[M].中国地质大学学报，2000： 59－61

5陆培毅顾晓鲁钱征 天津港务局综合业务楼深基坑支护与监测[j]岩土工程学报. 1999年03期：323-32