深基坑降水引起的地面沉降分析

1、深基坑降水引起的地面沉降分析    摘 要：結(jié)合北京中冠大廈基坑降水工程實(shí)例，分析了中冠大廈基坑降水所引起地面沉降的機(jī)理。通過應(yīng)力面積法基本原理計(jì)算法對(duì)基坑降水引起的地面沉降進(jìn)行了理論計(jì)算，揭示出降水所引起的地面沉降與水位降深呈正比，與壓縮模量呈反比；離基坑越近，單位間距內(nèi)地面沉降增量越大，所造成的差異沉降越明顯；其降水影響半徑約為131.8m，最大沉降量約為35mm，對(duì)離基坑10m遠(yuǎn)的中關(guān)大廈影響不大，而離紅線1m左右的高壓線和電信線必須將其移走或采取有效措施。關(guān)鍵詞：深基坑；降水；地面沉降；應(yīng)力面積法城市地下空間開發(fā)利用的規(guī)模深度和廣度日益加強(qiáng)，基坑

2、降水工程不可避免的引起基坑周圍土層中地下水位和應(yīng)力場(chǎng)的改變，這必然導(dǎo)致基坑周圍地面的沉降水平位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，從而影響相鄰建筑物和市政管線的正常使用甚至破壞1-6。因此，研究和探討基坑工程降水所引起的地面沉降變形機(jī)理，從理論上指導(dǎo)降水工程的設(shè)計(jì)和施工對(duì)保護(hù)深基坑周邊環(huán)境具有重要意義。本文結(jié)合北京中冠大廈基坑工程，用應(yīng)力面積法基本原理計(jì)算法對(duì)基坑降水引起的地面沉降進(jìn)行了理論計(jì)算，對(duì)基坑工程降水引起的地面沉降進(jìn)行了分析。揭示了基坑降水引起地面沉降的規(guī)律，對(duì)工程實(shí)踐起了很好的指導(dǎo)作用。1 工程概況中冠大廈工程位于北京海淀區(qū)海淀南街北側(cè)，大廈地上13層，地下3層，地面標(biāo)高約52.4m，基底埋深-1

3、6.05m，基坑開挖深度為-16.15m。東側(cè)約10m處為已完成新中關(guān)大廈，其基礎(chǔ)埋深約20m，其基坑采用護(hù)坡加錨索支護(hù)；其余各側(cè)均為馬路。另西側(cè)距離紅線1m左右（局部至紅線）有高壓線和電信線。根據(jù)勘察資料，場(chǎng)地地層構(gòu)成及土層參數(shù)見表1，鉆探40.0m深度范圍內(nèi)存在3層地下水見表2。表1場(chǎng)地地層構(gòu)成及土層參數(shù)Tab.1 formation of stratua and parameters of the soil層號(hào)土類名稱層頂標(biāo)高(m)層厚(m)重度(kN/m3)飽和重度(kN/m3)壓縮模量(MPa)粘聚力(kPa)內(nèi)摩擦角(度)雜填土51.502.5018.018.02.03.008.0

4、0粘性土49.003.6019.618.05.530.0022.00砂質(zhì)粉土45.406.9020.018.06.535.0020.00卵石38.505.7023.018.040.01.0045.00粘性土32.805.1020.018.06.046.0026.00細(xì)砂及卵石27.706.5022.018.020.01.0030.00粘性土21.206.0020.018.06.540.0025.00卵石15.206.1023.018.036.01.0055.00表2地下水埋藏情況Tab.2 the embedding condition of the underground water序號(hào)地下

5、水類型水位埋深（m）水位標(biāo)高（m）1臺(tái)地潛水7.09.243.2845.542層間潛水18.518.733.7333.843潛水24.3026.1025.7827.94場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，第一層臺(tái)地潛水不連續(xù)，局部可見；第二層層間潛水，水量不大；第三層潛水普遍存在，水位于基底以下較深處，無承壓性。由于對(duì)本工程起影響的主要為第一層水，因此降水目標(biāo)為第一層及第二層水。· 上一頁· 1· 2· 3· 下一頁         結(jié)合場(chǎng)地水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件和降水、支護(hù)方案，設(shè)

6、計(jì)基坑深15.1m，抽水井深24.0m，降水井井徑600mm，用護(hù)坡樁加預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)樁長(zhǎng)20.0m，抽水井距支護(hù)樁1.8m。原地下水位約7.0m，降水后坑底地下水位為地面以下16.5m，水位降深為9.5m。2 用應(yīng)力面積法計(jì)算地面沉降的原理引用應(yīng)力面積法計(jì)算基底沉降量的基本原理，在不考慮滲流的情況下，其中的附加應(yīng)力 即為原地下水位面與降水后地下水位面之間土層降水前后的有效應(yīng)力增量。由于降深6.0米以下主要為卵石層，與上部土層差異壓縮模量很大，因此將其分開考慮。（1）計(jì)算原地下水位面與降水后地下水位面之間土層降水前后有效應(yīng)力增量。當(dāng)?shù)叵滤唤瞪頗16.0m時(shí)， （2.1）當(dāng)?shù)叵滤唤?/p>

7、深6. 0 mH19.5m時(shí)（本工程最大降深9.5m）， （2.2）（2）沉降量計(jì)算當(dāng)?shù)叵滤唤瞪頗16.0m時(shí)， （2.3）當(dāng)?shù)叵滤唤瞪?. 0 mH19.5m時(shí)（本工程最大降深9.5m）， （2.4） 3基坑工程降水引起的地面沉降分析3.1 水位降深與地面沉降關(guān)系地下水降深分別為1.0m、2.0m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、7.0m、8.0m、9.0m時(shí)，不同地下水位降深的總沉降量s計(jì)算結(jié)果見表3。表3 不同水位降深的沉降量sTab.3 settlement of the different water level水位降深H11.02.03.04.05.06.07.08.0

8、9.0(mm)0.93.78.214.522.732.432.833.434.4由已經(jīng)計(jì)算的沉降結(jié)果得地下水位降深與沉降量間的關(guān)系見圖1。圖1水位降深與沉降量間關(guān)系圖Fig.1 relationship between the water level and the settlement由圖1可知，地下水位降深越大沉降量越大，其最大沉降量為35.0mm左右；土層的壓縮模量也嚴(yán)重影響著沉降量，降深為9.0m時(shí)的沉降量與降深為6.0m時(shí)的沉降量差異很小，主要是因?yàn)?.0m至9.0m內(nèi)的土層為礫石，其壓縮模量很大。綜上所述，降水所引起的地面沉降與水位降深呈正比，與壓縮模量呈反比2,3；水位降深越大沉降量越大，壓縮模量越大沉降量越小。由結(jié)果還可以得出，如果原地下水位面與降水后地下水位面間的土層為礫石等壓縮模量較大的土層時(shí)，在不考慮滲流所引起的地面沉降時(shí)，可以不考慮因降水引起的地面沉降對(duì)周圍建筑物或地下管線的影響。3.2 離基坑距離與地面沉降關(guān)系根據(jù)庫薩金公式求得其降水影響半徑為131.8m。結(jié)合本工程中的數(shù)據(jù)，用降水影響線方程4求出各水位降深處離井點(diǎn)中心的距離，繪制距基坑距離與地面沉降關(guān)系圖。如圖2所示。圖2 離基坑距離與地面沉降量關(guān)系圖Fig.2