深基坑地下连续墙侧向位移分析

赵成城，刘 琦，仲晓梅

(1. 天津城市建设学院，天津 300384；2. 天津市建筑设计院，天津 300074)

深基坑地下连续墙侧向位移分析

赵成城1，刘 琦2，仲晓梅1

(1. 天津城市建设学院，天津 300384；2. 天津市建筑设计院，天津 300074)

通过某深基坑工程的实测数据，系统分析了地连墙的变形规律．分析表明，在深基坑开挖过程中，墙体的侧向位移随着一步开挖深度的增加而增大，且增长的幅度与开挖幅度成正比；基坑拐角处墙体的水平位移较小，但往基坑中部靠近墙体水平位移有增大的趋势，且至基坑中部其值可达最大；基坑开挖过程中，短边墙体受基坑角部空间效应的影响显著，其变形也较小；逆作法施工下，墙体最大位移约出现在基坑开挖深度的一半处，不发生在坑底附近．

深基坑；地下连续墙；侧向变形

近年来，随着城市建设的发展，大深度地下空间的开挖已成为城市建设开发的一个重要领域．而深基坑开挖是一项系统工程，在开挖中对基坑的变形监测已成为基坑施工阶段一项非常重要的内容[1-2]．在基坑开挖过程中，土体的突然卸荷使得地下连续墙产生水平方向的变形和位移，而墙体的变形又会相应地导致地表沉降、坑底隆起、市政管线严重变形等一系列危害．笔者对某深基坑工程的地下连续墙在开挖过程中的侧向变形进行了综合分析，得出墙体在不同因素影响下的变形规律，可为其他类似工程提供一定的借鉴．

1 工程概况

本深基坑工程位于某软土地区，采用盖挖逆作法施工．基坑长约 264,m，宽约 73～105,m，开挖深度约25,m．基坑围护结构采用地下连续墙，墙厚 1.2,m，墙深 42～53,m，采用 C30防水混凝土，抗渗等级 S10，内侧设置800,mm厚衬墙．

2 场地工程地质水文地质条件

根据工程地质勘察报告，场区内地层条件如表 1所示．

场地 70,m 深度以内有四层含水层：第一层为潜水含水层，岩性以粉土为主；第二层为浅层微承压含水层，埋深 24.6～31.1,m，岩性以粉细砂为主；第三层为浅层微承压含水层，埋深 42.4～45.8,m，岩性以粉土为主；第四层为浅层微承压含水层，埋深 64.2～68.1,m，岩性以粉砂为主．

表1 土层物理力学指标

3 施工及监测布置

3.1 施工方案

工程采用盖挖逆作法施工，先构筑主体结构柱列式灌注桩和其上的钢管混凝土柱及地下连续墙围护结构，然后浇筑顶板，降水开挖地下一层土并构筑地下一层板，浇筑该层侧墙继续往下开挖，依次完成下层结构板直至底板．在基坑长边方向，先开挖基坑中部土体，待中部浇筑层板以后，再开挖两边土体．

3.2 地下连续墙监测布置

墙体的水平位移测量采用预埋测斜管+测斜仪的方法．观测孔数为 24个，按照沿基坑周边，监测点水平间距不宜大于20,m的原则布置，并在受力、变形较大且有代表性的部位增加密度．每个测斜管布置约60个水平位移测点，按0.5,m的间距进行测量．具体测点布置如图1所示．

图1 测点布置示意

4 地下连续墙侧向位移分析

4.1 一步开挖深度对侧向位移的影响

墙体侧向位移随一步开挖深度的变形规律如图2所示．

由图2可以看出，墙体的水平位移随着基坑开挖深度的加大，其变形曲线近似为两头小、中间大的“大肚形”，且在坑口处产生向坑外的变形．随着开挖深度的加大，向坑外的变形逐渐减小，进而反向增大．同时，随着开挖的进行，位移改变方向的过渡点也有所上移；另外，墙体的水平变形随着一步开挖深度的增加而增加，并且位移增长的幅度随着开挖幅度的增加而增大．因此，实际工程中，在注重开挖顺序对墙体位移影响的同时，还要兼顾到一步开挖的深度，尽量减小一步开挖的深度，从而避免墙体一次性卸荷过多及坑内外的不平衡土体导致的墙体变形过大．

图2 一步开挖深度对围护结构位移的影响曲线

4.2 测点位置不同时对侧向位移的影响

基坑拐角处 09测点与中间部位 06测点墙体侧向位移变形情况如图3所示．

图 3表明，随着工况的进行，09测点的最大位移为 11.29,mm，最大位移值位置在 18.5,m 附近；06测点的最大位移为 18.63,mm，最大位移位置位于 11,m附近．分析可知，位于基坑拐角处的测点位移比位于中间部位的测点位移较小，最大位移值的位置也相对靠下．因此，测点所处的墙体位置也对其变形有很大影响．相关资料显示[3-4]，由于基坑的“空间效应”，基坑边角处墙体的水平位移较小，但往基坑中部靠近时墙体水平位移有增大的趋势，且至基坑中部其值可达到最大．

图3 不同位置测点的侧斜曲线

4.3 空间分布对侧向位移的影响

基坑长边方向与短边方向墙体的侧向位移变形的比较情况如图4所示．

由图 4可以看出，随着工况的进行，19测点的最大位移为 18.01,mm，最大位移位置在 18 m 附近；11测点的最大位移为 15.28,mm，最大位移位置位于14.5,m附近．可见，11测点位移要比19测点位移小，最大位移值位置却相对靠上，位移改变方向的过渡点也相对靠上．分析认为，11测点处的墙体长度为73,m 远小于 19测点处的墙体长度(264,m)，而基坑开挖过程中，短边墙体受基坑角部空间效应的影响更加显著．据研究[3,5-6]，基坑的长宽比不宜过大，若长宽比太大，空间效应就减弱，围护结构长边的最大水平位移就会增大．另外，为了减小长边变形，在基坑开挖过程中，宜尽量分层分步开挖．

图4 不同测点的侧斜曲线

4.4 基坑施工方法对侧向位移的影响

基坑逆作法施工下墙体侧向位移变形曲线如图5所示．

图5 逆作法施工下测点位移变化曲线

图5表明，在基坑开挖的前几个工况，墙体的最大水平位移出现在坑口附近，并且为向基坑外的变形，但随着开挖深度的加大，墙体的水平位移逐渐向坑内增大；由于层板的强大支撑作用，随着工况的进行，最大水平位移的位置有些许上升的趋势，且最大水平位移出现在14,m 附近，此位置约位于基坑开挖深度的1/2处．

但当施工改变为顺作法时，墙体位移的变化特征就会不同．某基坑开挖深度为15,m，长374,m，宽32.4,m，其在顺做法施工下墙体侧向变形如图6所示．墙体的最大位移始终出现在坑内，开挖各阶段地连墙水平位移始终呈现出两头小中间大的“大肚形”；随着开挖工况的进行，最大水平位移位置持续下移，待开挖结束后，最大变形值出现在坑底附近．由此可知，基坑的施工方法对墙体的变形起着重要作用．

图6 顺作法下围护结构位移变化曲线

5 结 论

(1) 在深基坑开挖过程中，为了避免一次性卸荷过多，使基坑内外的土体极度不平衡，从而导致墙体产生过大的变形，降低整个基坑的稳定性，因而在开挖中要尽量减小一步开挖的深度．

(2) 在基坑开挖过程中，短边墙体的变形要小于长边墙体的变形，并且短边测点的最大位移值的位置靠上，位移由负向正转变的过渡点位置相对也靠上．

(3) 基坑拐角处的墙体位移要小于中间部位的位移，说明基坑边角附近的空间效应较强，而基坑中部作用较弱．

(4) 逆作法施工下，开挖最初阶段墙体的最大水平位移出现在坑口附近，但随着开挖深度的加大，墙体的水平位移逐渐向坑内增大，挖至坑底时墙体最大水平位移的位置约出现在基坑深度的 1/2处，而不像顺做法那样最大变形值出现在坑底附近．

［1］魏 磊.深基坑开挖过程中地下连续墙侧向位移预报分析[J]. 建筑结构学报，1999(5)：42-45.

［2］JGJ120—99，建筑基坑支护技术规程[S].

［3］王晓辉. 软土深基坑支护结构内力与变形的影响因素分析[D]. 南京：河海大学交通与海洋工程学院，2003.

［4］俞建霖，龚晓南. 深基坑工程的空间性状分析[J]. 岩土工程学报，1999，21(1)：21-25.

［5］杨雪强. 论深基坑支护的空间效应[J]. 岩土工程学报，1998，20(2)：75-78.

［6］陆瑞明，赵锡宏，马忠政，等. 组合式挡墙的基坑围护非线性的空间设计计算理论和方法[J]. 土木工程学报，2001，34(6)：80-86.

Analysis of Continuous Wall’s Lateral Displacement in Underground Deep Foundation Pit

ZHAO Cheng-cheng1，LIU Qi2，ZHONG Xiao-mei1
(1．Department of Civil Engineering, TIUC，Tianjin 300384，China；2. Tianjin Architecture Design Institute，Tianjin 300074，China)

Through the testing data of a deep excavation, this paper analyzes systematically the deformation law of the wall.This paper shows that the lateral displacement of the wall increases with the increase of the excavation depth，and the growth rate is proportional to the excavation rate during the process of deep excavation. This paper also shows that the horizontal displacement is smaller in the corner of foundation pit，and the horizontal displacement gradually increases, and then reaches its maximum in the central section of pit. Meanwhile this paper shows that the corner space effect of foundation pit makes impacts on the short side wall significantly and the short side wall has less deformation during the process of deep excavation. Finally this paper shows that the maximum displacement of the wall emerges about half way to excavation depth，rather than at the vicinity of bottom of pit under reverse building method.

deep foundation pit；underground diaphragm wall；lateral deformation

TU473.2

A

1006-6853(2010)04-0255-04

2010-04-06；

2010-05-31

赵成城（1985—），女，河北唐山人，天津城市建设学院硕士生.

（编辑：张兰娜）