深基坑工程降水沉降分析计算

谢一鸣 王霞

【摘 要】在深基坑工程中，降水常常引起基坑周边地面沉降，对周边建筑物产生不良影响，本文通过工程案例，采用定量计算与定性分析相结合的方法，分析降水对周边环境的影响程度，做为判定基坑降水方案可行性的重要依据。

【关键词】深基坑;基坑降水;附加应力;沉降量

Analysis and Calculation of Dewatering Settlement in Deep Foundation Pit Engineering

Xie yi-ming1，Wang-xia2

（1.School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University Jinan Shandong 250101;

2. Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd Ji'nan Shandong 250101）

【Abstract】In deep foundation pit engineering， dewatering often causes ground subsidence around the foundation pit， which has a negative impact on surrounding buildings. Through engineering cases， this paper uses the method of quantitative calculation and qualitative analysis to analyze the impact of dewatering on the surrounding environment， as an important basis to determine the feasibility of the foundation pit dewatering scheme.

【Key words】Deep foundation pit;Foundation pit dewatering;Additional stress;Settlement

1. 前言

隨着国内城市化的快速发展，城市地下空间资源正越来越多地被加以开发和利用，深基坑工程越来越多，基坑工程向更大、更深的趋势发展，深基坑工程作为危险性较大的分部分项工程，常常由于地下水控制方法不当引起很多工程事故，造成大量人员伤亡和财产损失，因而基坑降水引发地面沉降成为岩土工程界关注的热点之一，引起了各级政府和主管部门不同程度的重视。目前，深基坑工程中普遍采取的地下水控制措施主要有基坑降水和止水帷幕隔水阻水两种方案，无论哪种方案都会对基坑周边建筑物产生或多或少的影响，这就要求设计人员在初步设计时要结合地区经验对地下水控制方案进行详细对比分析和定性定量计算，优先选择降水方案，当降水对周边建筑物产生较大不良影响时应采取止水隔水措施。

2. 理论分析

基坑降水可以保持基坑开挖过程中干燥的作业环境，方便土方开挖和外运，同时也可以增加基坑侧壁土体的稳定性，降低基坑外侧水位，减少基坑侧壁水压力。基坑降水使基坑周边地下水位下降的同时，基坑侧壁地层中的孔隙水压力随之减小，对基坑外侧土体产生了附加应力，导致土体压缩变形，从而造成基坑周边建筑物沉降或土体开裂等。目前工程中采用较多的方法是基于弹性理论的分层总和法，该方法的原理是将压缩层厚度以内的土层分成许多簿的水平土层，假定无侧胀，求出基础中心轴线上的沉降，最后总和起来，作为基础的最终沉降。为了减小降水对基坑周边建筑物产生的不良影响，在降水设计时，应根据含水层的水文地质特征和变形参数、周边建筑物的位置等因素，分析计算降水引起的基坑周边建筑物地基的沉降量及差异沉降，确保周边建筑物的正常使用和地基稳定性。在基坑降水过程中采取合理措施控制基坑降水引起的周边建筑物的沉降变形不超过报警值。

3. 计算方法

3.1 砂性土最终沉降量计算公式：

S∞ =△pEh （1）

粘性土及粉土最终沉降量计算公式：

S∞ = α1+e0 △ph（2）

式中：S∞为计算沉降量（mm）;Δp为降水引起的附加应力（KPa）;h为压缩层计算厚度（m）;E为变形模量（MPa）;a为压缩系数（MPa-1）;e0为孔隙比。

3.2 因基坑降水过程中所形成漏斗状曲面随着抽水过程逐渐趋于稳定，所以基坑周边不同距离的建筑物及其不同部位的水位降深是不同的，假定计算点处的水位降深为Δh，按潜水完整井考虑，则有：

△h=H-Hr（3）

Hr= hw2+（2H-S'）S'In R+r0r0

In r+r0r0（4）

式中：Δh为计算点处的水位降深（m）;Hr为距离基坑边r处计算点的水头值（m）;H为含水层厚度（m）;hw为降水井稳定水头（m）;R为影响半径（m）; r0为基坑等效半径（m）; r为计算点至基坑边的距离（m）;S为基坑水位降深（m）S=H-hw。

4. 工程实例

4.1 工程简况。

某基坑工程，东西方向长120m，南北方向宽80m，基坑大致呈矩形，基坑开挖深度8m，采用支护桩+锚索支护结构，垂直开挖，地下水控制方案采用降水方案。平行基坑方向距离基坑边缘8米处有一座4层建筑需要保护，4层建筑物宽12米，长40米，高15米，采用筏板基础。

4.2 岩土工程条件。

4.2.1 根据勘察报告，对本基坑工程有影响的地层主要有4层：（1）层杂填土：黄褐色，松散。土质不均匀，主要由建筑垃圾组成，含大量砖渣、碎石、混凝土碎块，含少量粉质粘土、中粗砂，层厚2.0m。（2）层卵石：褐黄色，中密。颗粒不均匀，级配较好，卵石母岩成分主要为花岗片麻岩，亚圆形，粒径一般30～150mm，含量约70%，由粗砾砂及少量粘性土充填，层厚8.0m，E=25MPa。（3）层强风化花岗片麻岩：黄褐色，棕黄色，粒状结构，片麻状构造，岩芯多呈碎块状、砂状，主要矿物成分为石英及长石，层厚2.0m，E=40MPa。（4）层中风化花岗片麻岩：黄褐色，棕黄色，粒状结构，片麻状构造，岩芯呈柱状，主要矿物成分为石英及长石，裂隙稍发育。

4.2.2 地下水位埋深4.2m，属第四系孔隙潜水，主要含水层为卵石层和强风化花岗片麻岩，含水层厚度7.8m，综合渗透系数25m/d。

4.3 分析计算。

4.3.1 由于4层建筑长度方向与基坑边平行，降水引起的沉降在距离基坑相同时其沉降量相同，所以选取基坑宽度方向的两个计算点来分析计算。

r0=0.29（a+b）（5）

R=2SKH（6）

式中：r0为基坑等效半径（m）;a为基坑长边长度（m）;b为基坑短边长度（m）;R为影响半径（m）;S为基坑水位降深（m）;K为渗透系数（m/d）;H为含水层厚度（m）。

经计算得：

r0=58.0m;R=169.8m

根据（3）和（4）计算得：

△h1=5.35m;△h2=4.30m

△p1=53.5KPa; △p2=43.0KPa

4.3.2 中风化花岗片麻岩视为不可压缩层，压缩层计算厚度取含水层厚度，即h=7.8m，变形模量取卵石变形模量E=25MPa和强风化花岗片麻岩变形模量E=40MPa。

4.3.3 利用分层总和法，按（1）计算得：

S∞ 1=15.087mm ; S∞ 2=12.126mm

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007）第5.3.5条：

S=ψs S∞ （7）

式中：S为地基最终沉降量（mm）;S∞为计算沉降量（mm）;Ψs为沉降计算经验系数，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007）表5.3.5，取0.2;

按（7）计算得：S1= 3.0174mm; S2= 2.4252mm

则沉降差：△S= S1-S2=0.5922mm（8）

4.4 计算结果

经计算，该4层建筑的倾斜为0.000049。沉降量及倾斜均满足《建筑地基基础设计规范》（GB50007）表5.3.4规定的建筑物地基变形允许值范围之内，可不考虑深基坑降水对该4层建筑的不良影响。

5. 结语

在深基坑工程中，支护结构和工程降水是保证基坑稳定的最主要的工作内容，尤其在地下水埋深较浅地区开挖深基坑，当采用基坑降水时，必须充分分析因降水引起的地面沉降对周边建筑物的不良影响，采用地区经验定性分析和定量计算相结合的方法综合分析降水对周边环境的影响程度，以便判定降水方案的可行性。

参考文献

[1] 岩土工程勘察规范. GB50021-2001（2009年版）.中华人民共和国国家标准， 2002.3.

[2] 工程地质手册（第四版）.

[3] 建筑地基基础设计规范.GB50007-2011. 中華人民共和国国家标准， 2012.8.

[4] 岩土工程试验监测手册.