地铁车站基坑坑外降水研究

钟方杰 邱 凡

(浙江省交通规划设计研究院，浙江 杭州 310000)

地铁车站基坑坑外降水研究

钟方杰 邱 凡

(浙江省交通规划设计研究院，浙江 杭州 310000)

以杭州地铁车站基坑实施坑外降水为实例，分析了坑外降水与围护结构变形及内力的关系，并初步研究了坑外降水对周边环境的影响，得到杭州砂性地层的降水深度与地表沉降值，指出坑外降水对减小基坑变形与支撑轴力效果显著。

地铁车站，坑外降水，围护结构，关系

对于深基坑工程，坑外降水能减少坑外主动土压力，从而提高支护体系的稳定度和强度保证，减少支护体系的变形。根据杭州地铁基坑施工经验，坑外降水对减少基坑变形(特别是在砂性地层)与降低支撑轴力，效果十分显著。

1 坑外降水与围护结构内力、变形关系

在地铁车站施工中，坑外降水是一种常见的施工手段，也是用于基坑抢险的行之有效的措施。从理论上讲，坑外降水减少了坑外侧压力，使围护结构内力、变形减小，从而改善了基坑整体安全状况。以下本文以目前已投入运营的杭州1号线车站相关数据为对象，研究了坑外降水对地铁车站围护结构的影响。下面以七堡站为例，通过理论计算及监测阐述坑外降水对基坑的影响。实际施工时，坑外降水8 m，基坑开挖至坑底时，基坑标准段连续墙最大位移为17.04 mm，第二～第四道支撑轴力值(括号内为预加轴力)依次为：682 kN(367 kN)，831 kN(457 kN)，797 kN(603 kN)。理论计算坑外降水8 m时，坑外最大变形为16.4 mm，第一～第四道支撑轴力标准值依次为：300 kN，915 kN，1 035 kN，1 155 kN。

坑外降水与围护结构变形、最大弯矩及支撑轴力等关系如图1～图3所示。

从图1～图3可以看出，坑外降水对基坑连续墙变形的控制十分显著，当坑外降水8 m时，连续墙最大变形降低38%。连续墙最大变形几乎与坑外降水成线性比例关系。

连续墙最大弯矩(迎土与背土)随坑外降水深度加深大致呈递减关系。但当坑外降水大于10 m后，连续墙的弯矩变化幅度很小。

坑外降水后，由于侧土压力的减少，支撑轴力显著降低。值得注意的是，降水深度对各道支撑影响不尽相同，降水深度大于5 m后，第一道支撑轴力不再变化；而对于第二、三道支撑，当坑外降水深度大于9 m时，其轴力值变化甚微。第四道支撑与坑外降水深度大致呈线性关系。

从以上分析可以得到，坑外降水能显著减少基坑连续最大变形、弯矩及支撑轴力。根据杭州地铁1号线基坑工程经验，具备坑外降水条件的基坑，应进行基坑降水，这对基坑安全风险及成本的控制都十分有益。

但并非坑外降水深度越深越好，当基坑降水大于一定深度后，坑外降水对支撑轴力及连续墙弯矩的影响甚微，为控制降水成本，坑外降水亦需秉持“按需降水”的原则。对于13.0 m～15.0 m深基坑，在不考虑周边环境的情况下，坑外降水8 m～10 m为宜。

2 坑外降水对环境的影响

坑外降水带来最大的问题，就是会引起地面沉降与建(构)筑物变形。杭州地铁1号线基坑中，因坑外降水(或坑外土体失水)造成基坑周边管线或其他建(构)筑物沉降变形过大的例子亦不鲜见。

降水引发地面沉降是与孔隙水渗透消散相联系的压密固结，也是渗透固结作用的结果，是含水层的压密和上覆土层压密造成的。深基坑降水诱发地面沉降包括：1)弹性压缩所产生的瞬时沉降。2)主固结沉降。3)由于土体流变所产生的次固结沉降。

目前抽水诱发地面沉降计算方法主要有经验公式、黑箱理论、一维固结理论、二维固结理论及真三维固结理论等。在工程实用计算中，主要采用的是基于有效应力原理和太沙基一维固结理论的分层总和法。

上海市标准DBJ 08-61-97基坑工程设计规程与冶金部YB 9258-97建筑基坑工程技术规范，对于井点降水引起地表沉降提出如下公式：

一般与基坑工程相配套的降水工程，由于降水时间较短，在降水期，降水面以下的土层通常不能产生较明显的固结沉降量，而降水面至原始地下水面的土层因排水条件较好，会在自重应力下很快产生沉降，因而降水所引起的地面沉降可用如下简便方法进行估算：

对于杭州砂性地层，如平均压缩模量E1-2取10MPa，降水深度与地面沉降如图4所示。从图4可以看出，当降水深度为5.0m时，地表沉降达25mm，这与地铁1号线基坑工程获取的经验数据基本符合。

3 结语

1)基坑坑外降水能显著减少基坑连续最大变形、弯矩及支撑轴力。根据杭州地铁1号线基坑工程经验，具备坑外降水条件的基坑，应进行基坑降水，这对基坑安全风险及成本的控制都十分有效。

2)坑外降水深度并非越深越好，当基坑降水大于一定深度后，坑外降水对支撑轴力及连续墙弯矩的影响甚微，为控制降水成本，坑外降水亦需秉持“按需降水”的原则。对于13.0m～15.0m具备坑外降水条件的深基坑，在不考虑周边环境的情况下，坑外降水8m～10m为宜。

3)基坑坑外降水引起周边地表沉降，根据基于有效应力原理和太沙基一维固结理论的分层总和法计算以及工程经验，对于杭州砂性地层，一般当降水深度为5.0m时，地表沉降在20mm～30mm左右。

[1] 寇秉厚.杭州地铁地质概况与工程(水文)地质条件[Z].

[2] 吴林高，李 国.基坑工程降水案例[M].北京：人民交通出版社,2009.

[3] DB 33/T 1008-2000，建筑基坑工程技术规程[S].

[4] DBJ 8-61-97，基坑工程设计规程[S].

Research on external foundation pit dewatering of subway station

ZHONG Fang-jie QIU Fan

(ZhejiangAcademyofTrafficPlanning&Design,Hangzhou310000,China)

Taking external foundation pit dewatering of Hangzhou subway station as an example, the paper analyzes the relationship of external foundation pit dewatering and enclosure structure deformation, and initially studies the impact of external foundation pit dewatering upon surrounding environment, and obtains dewatering depth and subsidence value of sandy stratum in Hangzhou, and finally points out that: external foundation pit dewatering has great effect for reducing foundation deformation and support axial stress.

subway station, external foundation pit dewatering, enclosure structure, relationship

1009-6825(2014)22-0061-03

2014-05-09

钟方杰(1981- )，男，硕士，工程师； 邱 凡(1982- )，男，硕士，工程师

U231.4

A