软土地区地下连续墙深大基坑的变形性状研究

章敏 周奇

摘要：地下连续墙因其刚度大、强度高、且具有自防水性能，成为帕利塞德软土地区深基坑支护的主要支护，以充分发挥土体在土体中的支护结构从使用阶段的作用，为了克服临时支护开挖阶段的支护结构，地下连续墙的缺陷往往以深基坑工程中两墙连接形式的形式存在。因此，基坑的设计理念已经从强度控制转变为变形控制，不仅需要满足相邻建筑物和管线的环境保护要求，而且还需要满足主结构在永久工作条件下的变形极限。利用两墙作为地下连续墙研究基坑变形特性具有重要的工程意义。

关键词：软土地区;地下连续墙;深基坑;变形特征;研究

1项目概述

1.1基坑综述

某基坑开挖面积约1×104M2，周边约400米，形状为矩形，地下4层，基坑开挖深度一般为18.1m。西侧基坑毗邻海洋水族馆，东侧毗邻DBS银行，东、南、西侧道路下有多条市政管线。嘉惠医院基坑位于闵行区漕河泾开发区，南临秦江路，东临桂平路。基坑开挖面积约2.55×104M2，周边约645米，形状为矩形，地下三层，基坑开挖深度一般为16.15m。基坑北侧毗邻多层办公楼，东侧和南侧均为道路，地下有许多市政管线。基坑工程的安全等级为1级，除嘉惠基坑西侧和基坑北侧为3级，其余三侧为2级。

1.2外壳设计方案

针对基坑开挖深度大、开挖面积大、地质条件差、对周围环境保护要求高、施工场地空间狭小等综合因素，基坑围护设计方案如下：基坑采用千米厚的“两墙合一”。地下连续墙（环保三级采用800mm厚地墙）+4个钢筋混凝土水平支撑。地墙两侧的浅部区域用钢筋预加固850mm三轴搅拌桩，确保墙体质量在②0河滩土壤。嘉惠基坑采用1000毫米厚的“两墙一合”地下连续墙（800毫米厚的地面墙用于环保Ⅲ）+3钢筋混凝土水平支撑;钢筋混凝土支撑布置采用角撑+对撑形式，传力路径清晰简单。

2现场测量分析

2.1地下连续墙侧向位移分析

针对基坑支护结构的侧向位移，选择了一些典型的勘测点进行分析。（1）周边挡墙的侧向变形呈“腹鼓”抛物线形，即地墙中部侧向位移较大，上部和下部侧向位移较小。在相同的施工条件下，嘉辉基坑的侧向位移明显大于基坑的侧向位移。当基坑开挖到底部时，JIAhui基坑Q14的最大侧向位移为113mm，位于15m的深度。Q8坑最大侧向位移为65mm，深度为17.5m。当基坑施工达到±0时，JIAhui席席Q14的最大侧向位移为126mm，胡晖基坑Q8的最大侧向位移为76mm。（2）嘉辉的基坑从第一支承台施工到楼盖浇筑持续了120d和180d，基坑的侧向位移比基坑的大一倍左右，而在基坑支护工程中，基坑支护的变形是：基坑开挖深度比嘉惠基坑深2m。主要原因是软土不同厚度的影响和开挖区域的空间效应。在开挖深度范围内③和④Jiahui基坑软土层近14m。由于②河滩土壤0层，基坑软土平均厚度6m。此外，嘉汇基坑开挖面积是基坑的2.5倍，基坑支护长度大，刚度相对较小。（3）两席基坑的实测结果表明，地下连续墙的最大侧向位移从开挖阶段到基坑底面和施工阶段均增加到±0，仅为开挖阶段的10%左右。基坑变形主要发生在基坑开挖阶段，支护置换引起的二次变形是有限的。边墙最大位移随开挖深度的增加而增大。根据数据统计，基坑的最大侧向位移基本在（0.1%～1%）He（开挖深度）之间，平均最大侧向位移约为0.44%。土层的分布对地下连续墙的变形影响很大，硬土层的基坑变形比软土地基小得多。当基坑开挖达到底部时，基坑的平均最大侧向位移为3.4%h，嘉惠基坑的平均最大侧向位移为6.2%h，表明开挖深度内的软土厚度对土墙最大侧向位移有很大影响。

2.2坑外地表沉降分析

2.2.1坑外最大地表沉降分析。基坑开挖引起的地表沉降会影响基坑和地下市政管线外建筑物的安全，因此有必要对基坑周围的地表沉降进行研究。根据王等的统计，连续地下墙施工的方形基坑最大地表沉降δVm介于（0.10%～0.80%）席之间。TAN等计算了分别为（0.03%～0.20%）He和（0.05%～0.15%）He的条形地铁车站基坑的δVM，明显反映了基坑形状的空间效应以及施工方法对地表沉降的影响。

2.2.2坑外地表沉降分布规律。针对基坑外表面沉降的分布规律，鲍尔斯采用弹性地基梁法或有限元法求出了挡土墙的侧向位移曲线，计算了挡土墙后土体侧向位移的面积，并提出了预测的地表沉降曲线。根据对案例数据的统计分析，Clough等人提出了砂和硬粘土的三角形分布沉降形式和软至中硬粘土的梯形分布沉降形式。谢等人提出了三角形和凹槽沉降形式的预测方法，并提出了主要影响区和该影响区。据统计，软土地区多渠道支护基坑坑外的地表沉降形式与沟槽分布规律较为一致。

2.2.3坑外地表沉降發展规律。为了进一步研究基坑外沉陷的发展规律，选取典型的沉降剖面P2（基坑）和D3（嘉辉基坑）进行分析。（1）在开挖阶段，坑外地表沉降量随开挖量的增加而增加，且随开挖深度的增加，地表沉降量的增长速率变陡。在开挖阶段，增长速度减慢，直至逐渐稳定。本阶段结算约占总结算的15%～25%。（2）基坑外最大地表沉降发生在P2-3，墙后约1He距离。嘉汇基坑外最大地表沉降发生在壁厚约为0.5He的DB3-2。（3）在沉降值和增长率方面，嘉惠基坑比基坑大约2倍，嘉惠基坑的沉降稳定时间比基坑支护阶段的基坑稳定时间长。结果表明，软土层厚度和基坑开挖区的大小对沉降发展速率、沉降最大位置、沉降量和稳定时间有较大影响。

2.3墙顶部和立柱的垂直位移分析

2.3.1围墙挡土墙顶、柱竖向位移分布规律。深基坑的大面积卸荷将导致基坑内柱的回弹。柱的回弹会产生二次内力，影响其稳定性。基坑底部土壤的回弹将导致侧柱桩的隆起，从而导致柱桩的张力。过大的隆起将导致裂缝或拉伸断裂，从而影响基坑支护体系的安全性。学者们对立柱回弹的计算模型和理论进行了研究，但影响立柱回弹的因素很多。例如，开挖深度、面积、支护形式、插入比、坑底土质条件、柱桩长度和配筋以及施工工艺等方面的理论计算和实测结果往往相差很大。

2.3.2柱竖向位移发展规律。为了进一步研究基坑柱隆起的发展规律，选择了两个基坑的拐角处、基坑附近和基坑内的三个典型柱沉降点进行分析。（1）从柱隆起的发展趋势来看，由于基坑底部土体的卸载回弹效应，隆起主要发生在基坑开挖阶段。在楼板浇筑阶段，由于立柱受基础底板的约束，即使基坑底部土体的回弹具有时间效应，立柱的隆起基本处于稳定状态。在撑杆拆除阶段，随着地下结构的施工，结构的竖向荷载逐渐作用于工程桩基础和地基土，地基土开始进入沉降和压缩阶段，使得桩柱有一点沉降位移。（2）从柱隆起的最大值来看，转角处、坑附近和坑内柱隆起的三个点分别为24mm、34mm和48mm。夹灰柱在转角处，靠近坑，坑内三点隆起分别为59mm、80mm和95mm;嘉惠基坑柱的隆起是基坑的两倍，基坑三角处、基坑边附近和基坑内的竖向隆起呈非线性梯度递增关系。

2.4坑外建筑物沉降分析

影响相邻建筑物沉降的因素很多，如基础形式和埋深、基坑距离、基坑开挖深度、地质条件、支护结构类型等。为了研究基坑开挖对基坑外相邻建筑物的影响，选择了基坑外建筑物的几种典型沉降点进行分析。相邻建筑物对象分析为基坑东侧的DBS堤岸。地下有三层，采用桩筏基础形式。离坑最近的距离为23.5m。嘉惠基坑北侧为科华生物工程有限公司，地面5层，无地下室，采用承台基础形式。离坑最近的距离为10m。

3结论

（1）当基坑开挖到底部并构造为±0时，挡土墙的横向变形呈“腹胀”抛物线形状，即墙中部的深度越大，上部和下部的深度越低。基坑变形主要发生在开挖阶段，支护置换引起的二次变形较为有限，仅为开挖阶段的10%左右。软土深度对墙体的最大侧向位移有很大影响。（2）软土层厚度不仅影响坑外地表沉降最大值和距坑边距离，而且对沉降发展速率和沉降稳定时间有很大影响，但基本上不改变沉降槽类型的分布格局。（3）基坑开挖过程中，基坑挡墙顶部和基坑内柱均呈向上隆起状态，隆起值从坑缘向坑内呈圆盘状不断增大。中部地区立柱抬升的差异不大，而基坑边缘附近的立柱抬升差异较大，且距基坑边缘的差值约为（1.0～1.5）He。软土层厚度和基坑开挖面积对立柱隆起的大小有很大影响。（4）基坑开挖的基础、埋深和基坑距對基坑外建筑物沉降有较大影响。

参考文献

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[2]廖少明，魏仕锋，谭勇，柳骏茜.苏州地区大尺度深基坑变形性状实测分析[J].岩土工程学报，2015，37（03）：458-469.

[3]彭俊.软土深基坑地下连续墙侧向变形研究[D].广州大学，2016.

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