软土地区某深基坑围护墙变形时空效应分析

贺鹏晨

(同济大学土木工程学院，上海 200082)

He Pengchen(School of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200082，China)

软土地区某深基坑围护墙变形时空效应分析

贺鹏晨

(同济大学土木工程学院，上海 200082)

依托上海市区某深基坑工程实践，并结合施工实测数据，分别对地连墙的侧移变形分布与发展规律进行了空间和时间两个维度分析，结果表明:软土地区基坑地连墙的侧移具有明显的空间效应与时间效应。

深基坑，地连墙，时空效应，监测方案

0 引言

随着上海城市化进程的不断推进，市区用地日益紧张，位于城市中心区域的深基坑工程必然会出现大量相邻建(构)筑物保护的岩土工程问题。大量的学者研究发现［1-4］，基坑的开挖尺寸及施工耗时对基坑支护体系的变形和稳定性会产生极大的影响。针对基坑变形的这一特性，刘建航［5，6］结合上海地区的基坑工程的案例，提出了考虑时空效应预测基坑围护结构内力计算的理论，并把时空效应理论引入基坑施工过程，将施工参数作为必须的设计依据，从而最大程度地减小基坑开挖对周边环境的影响，为软土基坑工程面向信息化施工的动态设计奠定了理论基础。

然而，由于土力学和土体工程的复杂性，加之现阶段基坑规模不断加大加深，周边环境条件越来越苛刻，所以有必要对当前典型基坑工程的时空效应规律进行总结分析，更深层次地掌握上海市软土地层特性和基坑围护结构的变形规律，为深基坑设计及施工的优化调整提供依据。本文结合上海市区某深基坑工程，在现场实测数据的基础上对基坑开挖过程中围护墙的侧向变形情况进行时空效应分析，以期为上海市区同类工程提供一定参考。

1 工程简介

1.1 工程概况

上海市区某扩建工程，基坑总面积约3 100 m2，基坑周长约260 m，拟建场地建筑范围内设有3层地下室，主楼区开挖深度为15.1 m，裙楼区开挖深度为17 m。本工程场地属于上海地区“滨海平原”地貌类型，详细勘察报告资料如表1所示。基坑场地浅部地下水属于潜水类型，地下水位平均埋深0.5 m。

表1 土层物理力学参数

1.2 基坑开挖围护方案

结合地下连续墙设置三道混凝土支撑。考虑到基坑周围为历史保护建筑、居民住宅以及市区重要道路，根据现有施工工艺，围护结构在一般区域选用地下连续墙。基坑围护平面布置及监测点布置情况如图1所示。

图1 基坑总体布局与监测点布置

2 开挖与监测方案

2.1 开挖方案

在基坑开挖时，按照时空效应原理控制地下连续墙及坑外土体的位移，如图1所示，将基坑分为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，采取分区、分层、对称均衡的土方开挖方案。

具体施工工况信息见表2。

表2 施工工况

2.2 监测方案

本项目实施信息化施工，监测单位在基坑四面共埋置了14个地连墙和坑外土体测斜点。测点具体位置见图1，图中CX 和WC分别为地连墙测斜和地表沉降的测点编号。

3 地连墙侧移的空间效应

3.1 地连墙侧移的平面分布

图2为各测点在不同工况下的最大侧移。从地连墙侧斜点的空间分布来看，可以得出:

1)基坑东侧地连墙的侧移值普遍小于其他部位地连墙的侧移值。

东侧最小测斜为CX8点(47.53 mm)，而在相同工况下的CX13点的测斜值为77.25 mm，两者相差62.5%。这是因为东侧环境等级要求高，故设计时将地连墙的厚度提高到1.2 m，其他一般区域的地连墙则为1.0 m。加大地连墙厚度，对增强地连墙刚度，减小地连墙的测斜有很大的作用。

2)侧移最大的点位于基坑西侧，在 CX14位置，高达77.25 mm，其次才是位于长边中点的CX10测点(72.14 mm)。

基坑南侧的开挖宽度与基坑西侧的开挖宽度相差不大，两测点均受长边效应的影响，但是CX14处地连墙无对撑作用，与之相近的测斜点CX13处的测移由于受对撑栈桥的约束作用，其围护墙变形值则大大减小(56.34 mm)，且基坑南侧坑内采用了一排搅拌桩加固，有效的控制了地连墙的测移。故在设置对撑栈桥减小基坑长边跨中位置的围护墙变形的同时，也要考虑跨中对撑附近墙体的变形，应采取相应的加固等措施。

图2 各测点在不同工况下的最大侧移

3.2 地连墙侧移的竖向分布

如图3所示为各典型测斜点在各工况下的变形情况。由于在开挖前先采用高强度现浇混凝土支撑，故各测点的地连墙侧向变形整体都呈现向坑内的“鼓肚形”的变形模式，墙顶和墙底侧向变形相对较小，坑底附近地连墙的变形较大。

位于基坑裙楼区的测点CX1和CX13中围护墙的最大侧移发生位置的深度均不大于裙楼区的开挖深度17 m;而位于主楼区的测点CX7和CX10最大侧移深度都约等于基坑开挖深度15.1 m。徐中华［7］统计分析了上海地区部分基坑最大侧移深度与开挖深度之间的关系，发现当开挖深度小于16 m时，墙体最大侧移位置位于开挖面附近，而当开挖深度大于16 m，最大侧移位置都位于开挖面之上，本文的规律与其研究结论相符。

4 地连墙侧移的时间效应

地连墙测移随时间的变化规律。

从图3中可以看出，在工况2时墙顶的变形受首层支撑的约束变形作用，所以变化很小，墙体的变形向下部发展，各测点的变形分布及其最大变形数值都比较接近，且最大变形地深度也都大致位于开挖面附近，其中最大变形为22.02 mm，在CX13测点处。工况3时地连墙的最大变形为38.02 mm，位于CX10测点，较上一工况的最大位移增长了约72.6%。工况4时基坑开挖至坑底，围护墙各测点变形增长速度最快，基坑Ⅰ区附近围护墙的最大侧移位于开挖面以上的位置，基坑Ⅱ区及Ⅲ区的围护墙最大侧移则一般位于开挖面附近。工况5与工况6时坑底已经浇筑底板，此时地连墙测点变形增长很小。最后在工况7时拆除支撑，使得地连墙的变形有所增长。

图3 围护墙在各工况下的侧移

5 结语

对上海软弱地层深基坑工程的地连墙侧移情况进行时空效应分析，得到以下结论:

1)地连墙的侧移具有明显的空间效应。

跨中位置地连墙的侧移最大，长边效应明显。然而在基坑长边跨中采用对撑栈桥约束地连墙的侧移时，栈桥两侧地连墙的侧移反而会比跨中的侧移大。

2)围护墙最大侧移深度与开挖面以下土层的物理力学性质有关，直观的表现与基坑开挖深度存在一定的关系。在上海地区，基坑开挖深度小于16 m时墙体最大侧移位置位于开挖面附近，而当开挖深度大于16 m时，最大侧移位置都位于开挖面之上。

3)基坑开挖的时间效应明显。地连墙的变形随着基坑土方的不断开挖而逐渐增长，且增长速率不断增大。地连墙的主要侧移量发生在开挖到坑底时，此阶段地连墙的侧移值增长速率达到最大。

［1］ Clough，G Wayne，Tsui，Yuet.Performance of tied-back walls in clay［J］.Journal of the Geotechnical Engineering Division，1974，100(12):1259-1273.

［2］ Bjerrum，L，Eide，O.Stability of strutted excavations in clay ［J］.Journal of the Geotechnical Engineering，1973，100(12): 1259-1273.

［3］ Clough，G Wayne，Tan，David Y，Kuck，William M，et al.Development of designprocedures for stabilized soil support systems for soft ground tunneling volume II preliminary results［J］.United States Department of Transportation，1977，(Report)DOT/ TST:77-74.

［4］ Moormann，Christian.Analysis of wall and ground movements due to deep excavations in soft soil based on a new worldwide database［J］.Soils and Foundations，2004，44(1):87-98.

［5］ 刘建航，刘国彬，范益群.软土基坑工程中时空效应理论与实践(上)［J］.地下工程与隧道，1999(3):7-12.

［6］ 刘建航，刘国彬，范益群.软土基坑工程中时空效应理论与实践(下)［J］.地下工程与隧道，1999(4):10-14.

［7］ 徐中华.上海地区支护结构与主体地下结构相结合的深基坑变形性状研究［D］.上海:上海交通大学，2007.

Time-space effect analysis of retaining wall of a deep exacavation in soft soil

Based on field measured data from a deep foundation pit practice in Shanghai，this paper analyses the distribution and pattern of lateral displacement from the perspectives of time and space.The results show that retaining wall in soft soil is provided with space effect，and time effect is very obvious.

deep foundation pit，lateral displacement of continuous wall，time-space effect，monitoring scheme

He Pengchen
(School of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200082，China)

O319.56

A

1009-6825(2016)35-0078-03

2016-10-10

贺鹏晨(1992-)，男，在读硕士