盖挖主基坑内明挖二级基坑变形与渗流分析

董力

【摘 要】本文通过理论数据模型计算，对盖挖主基坑条件下进行二级基坑降水和开挖施工，进行了基坑稳定变形和渗流分析，并结合现场工程实践验证了相应安全、质量保证措施的有效性。

【关键词】坑中坑；基坑开挖；变形；渗流；分析

The Deformation and Seepage Analysis of Two Level of Foundation Pit about Open Cutting in the Main Pit of Cut and Cover

DONG Li

（China Railway 16th Bureau Group Co.， Ltd.， Beijing 101100， China）

【Abstract】Through the theoretical data model calculation， the cover excavation of foundation pit under the conditions of the two main foundation pit dewatering and excavation. This paper analyses stability deformation and seepage on foundation pit， and verificates to the relevant safety and quality assurance measures based on the engineering practice.

【Key words】Pit in pit； Excavation of foundation pit； Deformation； Seepage flow； Analysis

0 引言

随着我国建筑业的蓬勃发展，在深基坑工程的建设过程中，如高层建筑电梯井及地铁换乘通道，坑中坑基坑支护形式出现的越来越多。在盖挖主基坑内进行二级基坑降水和开挖，由于主基坑主体结构已施工完成，二级基坑施工作业环境已被限制，如果坑底发生管涌或围护结构发生渗漏将会对主基坑产生较大的不可逆的影响，因此有必要针对主基坑内二级基坑降水和开挖进行有效地变形和渗流分析，确保基坑施工安全、稳定。

1 工程概况

某工程主基坑为盖挖逆作法施工，在主基坑内部土方开挖面以下设计有二级基坑，主基坑土方开挖完成及结构底板施工完成后，采用“明挖”的方法施作此处二级基坑结构。工程主基坑深17.5m；主基坑围护结构采用1.2m厚，60m深地连墙。二级基坑开挖深度约为22m，围护结构采用0.8m厚，26.5m深地连墙。地连墙有效长度10m。

2 “坑中坑”开挖受力及渗流固结理论分析

2.1 坑中坑有限元模型建立

二级基坑位置处于承压水层，但主基坑土方开挖时已将承压水水位降低，并且主基坑和二级基坑的地下连续墙均穿透承压水层，承压水的作用只通过连续墙底以下透水性较差的粉土进行渗透，在二级基坑内设置一口混合井进行降水，提供较好的施工条件。为了分析二级基坑降水及开挖过程中的受力、变形和水渗透情况，以有限元模型对其进行数值模拟。

对二级基坑的受力、变形及渗流等进行二维建模分析。主体结构为地下二层多跨框架结构，在主体结构开挖完成后，对二级基坑进行降水开挖。二级基坑与主基坑地下连续墙距离约为5.5米，需对二级基坑施工过程进行全过程模拟。选择宽140米、高80米的几何模型进行模拟。整体有限元模型如下图2-1所示，有限元计算网格如下图2-2所示。

2.2 基坑地连墙变形分析

从上述图中可以看出，在二级基坑的降水开挖的过程中，二级基坑地连墙水平位移3cm，二级基坑地下连续墙变形范围符合相关技术规定。

2.3 基坑降水渗流分析

根据施工工艺，主体基坑工程总体降水，由于二级基坑和主体基坑均要穿透承压水层，承压水可能通过粉土层进行渗透，总孔隙压力如图2-6所示。图2-7为二级基坑地下水头分布图，图2-8为二级基坑平均有效应力，渗流数值模拟分析显示如图2-9，由于粉土的渗透性较差，渗流场中渗透最大速度为10-6m/天量级，故可以忽略不计。

2.4 基坑地表沉降分析

二级基坑开挖会影响周边地表层的变化，图2-10为二级基坑侧边地表沉降图。从图中可以看出，二级基坑南侧地表下沉值约为0.12cm，二级基坑北侧地表下沉最大量为0.3cm。数值计算结果符合相关技术规定。

2.5 有限元模型分析结论

通过二维有限元对二级基坑的模拟分析，在二级基坑的降水开挖的过程中，二级基坑地连墙水平位移3cm；二级基坑南侧地表下沉值约为0.12cm，二级基坑北侧地表下沉最大量为0.3cm；二级基坑渗流计算中，渗流场中渗透最大速度为10-6m/ 天量级，可以忽略其影响。因此，降水开挖二级基坑，其地下连续墙变形、侧边地表沉降和渗流均不大，对主基坑结构及施工影响小。

3 坑中坑施工安全、质量控制措施

3.1 围护结构地连墙施工

（1）导墙施工时，与相邻标段统一进行联测，重点控制二级基坑导墙平面位置，同时按照工程施工需要，对地连墙进行外放，保证通道的侧墙厚度及净空要求。

（2）施工过程中严格控制地连墙成槽质量，通过成槽超声波检测方法，控制成槽垂直度、深度等指标符合要求后，方可进行地连墙钢筋笼吊装及后续混凝土灌注施工。

（3）为防止槽壁缩颈、塌方，造成人员、机械伤害，上部空钻段采用C10混凝土回填、密实。

3.2 “混合井法”基坑降水

通过二级基坑的受力、变形及渗流等二维建模分析，，降水开挖二级基坑，其地下连续墙变形、侧边地表沉降和渗流均不大，对主基坑结构及施工影响小。所以采用混合井法进行降水即可达到二级基坑土方开挖时浅层疏干降水，也可在保证对主基坑影响较小的程度下，有效降低承压水高度，保证施工安全。

二级基坑内部设置一口混合井，土方开挖时保证基坑浅层疏干及深层减压降水，做到合理、按需降水。

（1）降水井降水应在基坑开挖前15-30天或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖施工的顺利进行；

（2）根据开挖进度，井内水位应控制在基坑开挖面以下1m深度内。

（3）开挖过程中，必须确保减压降水井的不间断工作。根据减压井抽水量，确定开启的减压井开启时间、抽水速率，合理控制承压水水位，将减压降水对环境的影响控制到最低程度。

（4）为确保减压降水井的不间断工作，施工现场应有双电源保证措施，应配置备用发电机组。

（5）施工过程中，制定专人进行24小时不间断巡视，确保基坑降水满足施工要求。

3.3 地连墙接缝止水处理

（1）二级基坑地连墙墙缝、二级基坑与主基坑地连墙墙缝均预留袖阀管注浆孔，便于土方开挖时，基坑注浆封堵。

（2）为确保二级基坑地连墙与主基坑地连墙接缝节点处止水效果，采用单管旋喷桩进行了注浆加固。加固区域长2m，宽2m，共两处。桩长10m，桩顶标高、桩底标高与二级基坑地连墙有效长度一致。

3.4 土方开挖

（1）土方开挖前，提前启动降水井进行基坑降水，同时检验各项准备条件均符合要求后开始开挖。

（2）开挖过程中，执行24小时站岗式值班制度，及时掌控开挖方向，开挖进度情况。

（3）开挖下部土方时，采用洛阳铲针对基坑内部地连墙墙缝进行检验，确保正常后，方可进行下部土方施工。

（4）在离二级基坑20m远的一级基坑底板上设置应急物资库，配备数量充足的应急物资及设备，确保基坑施工安全。

（5）同时加强施工监测，监测内容包括地连墙墙缝渗漏情况、地连墙墙体位移、降水井水位情况等，一旦出现险情及时上报，并启动应急预案。

3.5 基坑监测措施

（1）24小时巡查报告措施

项目部实行领导24小时值班制度，并成立“基坑开挖施工巡视小组”，由有深基坑施工经验的工程师组成，负责开挖过程中安全状况的巡视，并做好巡视记录，确保及时发现险情、及时报告、及时处理。

（2）水位观测报警措施

开挖前及开挖过程中，每天至少观测两次水位情况，根据基坑内外观测井中的水位变化情况，初步分析判断地连墙是否有渗漏现象，并及时采取措施。

（3）监控监测报警措施

根据监测方案布置监测元件，每天收集分析监测数据，数据一旦超过报警值就立即采取应急措施。

4 基坑稳定验证情况

针对二级基坑施工阶段监测情况进行了统计分析，其结果如下：

（1）施工阶段二级基坑外地表（一级基坑负二层底板）垂直位移变化幅度较小，变化速率较为平稳。

通过实际监测数据显示，通过采用有效措施，二级基坑开挖、降水及结构施工，对主基坑影响较小，与前期模型分析结论基本一致。

5 结语

通过理论分析结合现场实际，得出以下结论：

（1）工程渗流场中渗透速率较小，采用混合井法进行基坑降水、开挖，可以使对主基坑的影响降低到最小。

（2）开挖过程中主基坑与二级基坑冷缝未出现渗漏，说明袖伐管注浆+节点旋喷加固节点防渗漏措施有效。（下转第6页）

（上接第12页）（3）实际监测数据与模型分析结论基本一致，二级基坑施工过程中，对主基坑影响较小，二级基坑周围主基坑成品结构沉降、变形趋于稳定。

【参考文献】

[1]龚剑.上海环球金融中心主楼超大超深基础坑中坑围护施工技术[J].建筑施工，2006（05）.

[2]周沛.地下连续墙在深基坑支护中的应用[J].工程设计与建设，2005（03）.

[3]谢小松.大型深基坑逆作法施工关键技术研究及结构分析[D].同济大学，2007.

[4]王建华，徐中华，陈锦剑，王卫东.上海软土地区深基坑连续墙的变形特性浅析[J].地下空间，2005（04）.

[责任编辑：杨玉洁]

二级基坑内部设置一口混合井，土方开挖时保证基坑浅层疏干及深层减压降水，做到合理、按需降水。

（1）降水井降水应在基坑开挖前15-30天或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖施工的顺利进行；

（2）根据开挖进度，井内水位应控制在基坑开挖面以下1m深度内。

（3）开挖过程中，必须确保减压降水井的不间断工作。根据减压井抽水量，确定开启的减压井开启时间、抽水速率，合理控制承压水水位，将减压降水对环境的影响控制到最低程度。

（4）为确保减压降水井的不间断工作，施工现场应有双电源保证措施，应配置备用发电机组。

（5）施工过程中，制定专人进行24小时不间断巡视，确保基坑降水满足施工要求。

3.3 地连墙接缝止水处理

（1）二级基坑地连墙墙缝、二级基坑与主基坑地连墙墙缝均预留袖阀管注浆孔，便于土方开挖时，基坑注浆封堵。

（2）为确保二级基坑地连墙与主基坑地连墙接缝节点处止水效果，采用单管旋喷桩进行了注浆加固。加固区域长2m，宽2m，共两处。桩长10m，桩顶标高、桩底标高与二级基坑地连墙有效长度一致。

3.4 土方开挖

（1）土方开挖前，提前启动降水井进行基坑降水，同时检验各项准备条件均符合要求后开始开挖。

（2）开挖过程中，执行24小时站岗式值班制度，及时掌控开挖方向，开挖进度情况。

（3）开挖下部土方时，采用洛阳铲针对基坑内部地连墙墙缝进行检验，确保正常后，方可进行下部土方施工。

（4）在离二级基坑20m远的一级基坑底板上设置应急物资库，配备数量充足的应急物资及设备，确保基坑施工安全。

（5）同时加强施工监测，监测内容包括地连墙墙缝渗漏情况、地连墙墙体位移、降水井水位情况等，一旦出现险情及时上报，并启动应急预案。

3.5 基坑监测措施

（1）24小时巡查报告措施

项目部实行领导24小时值班制度，并成立“基坑开挖施工巡视小组”，由有深基坑施工经验的工程师组成，负责开挖过程中安全状况的巡视，并做好巡视记录，确保及时发现险情、及时报告、及时处理。

（2）水位观测报警措施

开挖前及开挖过程中，每天至少观测两次水位情况，根据基坑内外观测井中的水位变化情况，初步分析判断地连墙是否有渗漏现象，并及时采取措施。

（3）监控监测报警措施

根据监测方案布置监测元件，每天收集分析监测数据，数据一旦超过报警值就立即采取应急措施。

4 基坑稳定验证情况

针对二级基坑施工阶段监测情况进行了统计分析，其结果如下：

（1）施工阶段二级基坑外地表（一级基坑负二层底板）垂直位移变化幅度较小，变化速率较为平稳。

通过实际监测数据显示，通过采用有效措施，二级基坑开挖、降水及结构施工，对主基坑影响较小，与前期模型分析结论基本一致。

5 结语

通过理论分析结合现场实际，得出以下结论：

（1）工程渗流场中渗透速率较小，采用混合井法进行基坑降水、开挖，可以使对主基坑的影响降低到最小。

（2）开挖过程中主基坑与二级基坑冷缝未出现渗漏，说明袖伐管注浆+节点旋喷加固节点防渗漏措施有效。（下转第6页）

（上接第12页）（3）实际监测数据与模型分析结论基本一致，二级基坑施工过程中，对主基坑影响较小，二级基坑周围主基坑成品结构沉降、变形趋于稳定。

【参考文献】

[1]龚剑.上海环球金融中心主楼超大超深基础坑中坑围护施工技术[J].建筑施工，2006（05）.

[2]周沛.地下连续墙在深基坑支护中的应用[J].工程设计与建设，2005（03）.

[3]谢小松.大型深基坑逆作法施工关键技术研究及结构分析[D].同济大学，2007.

[4]王建华，徐中华，陈锦剑，王卫东.上海软土地区深基坑连续墙的变形特性浅析[J].地下空间，2005（04）.

[责任编辑：杨玉洁]

二级基坑内部设置一口混合井，土方开挖时保证基坑浅层疏干及深层减压降水，做到合理、按需降水。

（1）降水井降水应在基坑开挖前15-30天或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖施工的顺利进行；

（2）根据开挖进度，井内水位应控制在基坑开挖面以下1m深度内。

（3）开挖过程中，必须确保减压降水井的不间断工作。根据减压井抽水量，确定开启的减压井开启时间、抽水速率，合理控制承压水水位，将减压降水对环境的影响控制到最低程度。

（4）为确保减压降水井的不间断工作，施工现场应有双电源保证措施，应配置备用发电机组。

（5）施工过程中，制定专人进行24小时不间断巡视，确保基坑降水满足施工要求。

3.3 地连墙接缝止水处理

（1）二级基坑地连墙墙缝、二级基坑与主基坑地连墙墙缝均预留袖阀管注浆孔，便于土方开挖时，基坑注浆封堵。

（2）为确保二级基坑地连墙与主基坑地连墙接缝节点处止水效果，采用单管旋喷桩进行了注浆加固。加固区域长2m，宽2m，共两处。桩长10m，桩顶标高、桩底标高与二级基坑地连墙有效长度一致。

3.4 土方开挖

（1）土方开挖前，提前启动降水井进行基坑降水，同时检验各项准备条件均符合要求后开始开挖。

（2）开挖过程中，执行24小时站岗式值班制度，及时掌控开挖方向，开挖进度情况。

（3）开挖下部土方时，采用洛阳铲针对基坑内部地连墙墙缝进行检验，确保正常后，方可进行下部土方施工。

（4）在离二级基坑20m远的一级基坑底板上设置应急物资库，配备数量充足的应急物资及设备，确保基坑施工安全。

（5）同时加强施工监测，监测内容包括地连墙墙缝渗漏情况、地连墙墙体位移、降水井水位情况等，一旦出现险情及时上报，并启动应急预案。

3.5 基坑监测措施

（1）24小时巡查报告措施

项目部实行领导24小时值班制度，并成立“基坑开挖施工巡视小组”，由有深基坑施工经验的工程师组成，负责开挖过程中安全状况的巡视，并做好巡视记录，确保及时发现险情、及时报告、及时处理。

（2）水位观测报警措施

开挖前及开挖过程中，每天至少观测两次水位情况，根据基坑内外观测井中的水位变化情况，初步分析判断地连墙是否有渗漏现象，并及时采取措施。

（3）监控监测报警措施

根据监测方案布置监测元件，每天收集分析监测数据，数据一旦超过报警值就立即采取应急措施。

4 基坑稳定验证情况

针对二级基坑施工阶段监测情况进行了统计分析，其结果如下：

（1）施工阶段二级基坑外地表（一级基坑负二层底板）垂直位移变化幅度较小，变化速率较为平稳。

通过实际监测数据显示，通过采用有效措施，二级基坑开挖、降水及结构施工，对主基坑影响较小，与前期模型分析结论基本一致。

5 结语

通过理论分析结合现场实际，得出以下结论：

（1）工程渗流场中渗透速率较小，采用混合井法进行基坑降水、开挖，可以使对主基坑的影响降低到最小。

（2）开挖过程中主基坑与二级基坑冷缝未出现渗漏，说明袖伐管注浆+节点旋喷加固节点防渗漏措施有效。（下转第6页）

（上接第12页）（3）实际监测数据与模型分析结论基本一致，二级基坑施工过程中，对主基坑影响较小，二级基坑周围主基坑成品结构沉降、变形趋于稳定。

【参考文献】

[1]龚剑.上海环球金融中心主楼超大超深基础坑中坑围护施工技术[J].建筑施工，2006（05）.

[2]周沛.地下连续墙在深基坑支护中的应用[J].工程设计与建设，2005（03）.

[3]谢小松.大型深基坑逆作法施工关键技术研究及结构分析[D].同济大学，2007.

[4]王建华，徐中华，陈锦剑，王卫东.上海软土地区深基坑连续墙的变形特性浅析[J].地下空间，2005（04）.

[责任编辑：杨玉洁]