基坑围护地连墙设计中几个问题探讨

基坑围护地连墙设计中几个问题探讨

熊浪波乔兆宇

浙江土工基础工程有限公司浙江杭州310000

摘要：地下连续墙（地连墙）因既具有挡土、挡水功能，又可作为地下结构外墙，适用于各种地质条件，施工噪音小，震动小，并可结合逆作法施工，因而被广泛用于深基坑边坡的支护。特别是地基土层性质复杂，抗渗要求高，周边建筑对变形要求严格，且支护结构可兼作地下结构外墙时，采用地连墙的优势更加突出。但是地连墙支护设计计算中的一些问题尚需工程实测数据加以验证，如砂性土土压力的计算采用水土合算对支护结构的影响，锚拉构件施加的预应力大小和预应力的损失对支护结构的影响等。

关键词：基坑围护；地连墙；设计；

随着我国城市建设的迅猛发展，结合城市建设和改造的开发，各类用途的地下空间诸如高层建筑的多层地下室、地铁车站、地下停车场、地下商场等得到大力开发，这使得基坑工程的数量日益增多，基坑规模日益增大，基坑开挖深度日益加深，中心城区新建基坑周围环境越来越复杂，对基坑施工的要求也越来越高。深基坑周边环境的安全因素包括地表、建筑物、道路的沉降等。在实际施工中，因深基坑工程的设计、施工不当而导致的地面沉陷、楼房倾斜、开裂甚至倒塌的案例时有发生，地下输水管道、煤气管道断裂、外溢，地下电缆破坏等工程事故也常有发生。深基坑开挖不仅要保证相邻建筑物的安全，而且还要保证城市地下排水管道、电缆、煤气管线等公共线路的安全，以及附近道路的正常运行。

一、基坑周边环境因素

基坑北侧为两栋既有保护性建筑，基础埋深1.5m，距离基坑外边线5.0m；基坑外边线距离曲阜道道路边线约8.0m；基坑东侧东南角临近大沽北路，基坑外边线距离道路边线约4.8m。基坑东侧东北角为既有建筑，层高1层，天然基础，基础埋深约1.5m，距离基坑外边线约5.0m；基坑东侧中间部位为层高3层，天然地基，基础埋深1.5m，距离基坑外边线最近处约5.5m。

二、基坑围护地连墙设计中几个问题

1.在整个土方开挖过程中，基坑开挖到底时是基坑围护结构变形最大的时刻，也是对周边环境影响最大的时刻。当基坑开挖到底时，使基坑形成了巨大的临空面，整个围护系统完全依靠内支撑和地连墙围护系统的配合来抵挡外部土压力，此时是整个基坑施工过程对周边环境影响最大的时刻。在基坑开挖到底时（第四阶段），周边道路及建筑物沉降速率最快。基坑开挖到底后应尽快浇筑垫层，并将垫层与围护桩（墙）相连，相当于形成一道新的“支撑”，同时尽快进行底板施工。当基坑施工进行到垫层及底板浇筑阶段时，即第四阶段后期到第五阶段，整个基坑的变形速率开始减小，对周边环境的影响也开始减小，并在底板施工的后期，周边道路及建筑物的沉降变形开始处于稳定状态。拆除第一道支撑时，应注意拆除支撑对周边道路及建筑物沉降的突变影响。本项目在第八阶段拆除第一道支撑时发生了沉降突变，这不仅说明拆除支撑特别是拆除第一道支撑对周边环境有影响，同时也说明在拆除环形支撑与地连墙直接连接处时应做好充分准备，并加强对周边环境的监测。

2.地连墙的墙身位移。监测工作从基坑开挖开始直至泵站投入正常运行为止考虑到测点纯锚拉处，测点纯支撑处，且这几点的实测数据有代表性，因此，选取测点处剖面对地连墙墙身水平位移理论计算值和实测值进行比较，对锚拉部位，按规程计算的墙身位移均小于实测值；而对于支撑部位，按规程计算的墙身位移与实测值较吻合，这可能是由于锚索实际施加的预应力偏小或预应力损失过大造成的。这就说明预应力的损失确实导致墙身水平位移偏大。当预应力损失约50%后，理论计算值就接近实测值。锚拉部位墙顶位移较大，而坑底处位移较小；支撑部位墙顶位移较小，而坑底处位移较大。这可能是按规程推荐的内支撑轴力实测值与理论计算值也相差3~5倍，说明内支撑梁受力较复杂，实际上是一个压、弯、扭都可能存在的组合受力构件。因此，实际工程应取较大的安全系数才妥当。经计算比较，对砂性土（含砂、粘互层）采用水土分算计算土压力是合理的，采用水土合算时其锚拉力和墙身水平位移明显偏小，是不安全的。对锚拉结构，施加的预应力过小或预应力损失过大，均会导致锚拉结构位移偏大和锚拉力偏大，实际操作时，可将预应力加大到设计拉力。在基坑开挖中应尽可能加快开挖速度，合理掌握开挖的顺序，特别是当基坑开挖到底后，应采取迅速浇筑垫层等措施，这对控制围护结构的变形有很大好处。主要是在墙底附近侧移较监测结果明显偏大，这是由于实测值是在假定墙底侧移情况下得出的结果，但实际情况中墙底会向坑内产生一定量的侧移。另外，由于没有考虑地下水、天气及施工机械荷载的影响，也使得监测结果存在一定的偏差。

3.深基坑开挖施工期间，围护结构与支护体系暴露在大气中，会受到环境温度变化的影响。基坑工程的支护体系由围护桩和内支撑体系组成，在模拟支撑体系时最主要的是各支护体系之间的接触单元设置以及各支护体系与土体之间的接触单元设置。环境温度变化包括大气温度随季节和昼夜的变化、地下土层与大气的温差以及支护结构施工时产生的水化热。当围护结构与支护体系温度随环境温度变化时，受热胀冷缩的作用和边界条件的约束，结构内部会产生附加内力。开挖至坑底，地连墙受力变形分析结果从地连墙变形分析结果中可以看出：受温度下降的影响，地连墙墙身砼材料收缩，开挖面以上的墙体向坑内收缩变形，开挖面以下的地连墙受坑内土体约束作用，收缩变形较小。从地连墙环向应力分析结果中可以看出：对于开挖面以上的墙体，没有坑内土体的约束作用，环向应力的大小主要取决于坑外水土压力的作用，因此温度下降墙体收缩变形，环向应力变化较小；开挖面以下及开挖面附近的墙体，墙体收缩变形受坑内土体的约束作用，因此温度下降引起收缩应力，环向应力降低。从地连墙弯矩分析结果中可以看出：开挖面以上的地连墙弯矩受温度下降的影响较大，墙体向坑内弯曲收缩，且地连墙内侧的温度要低于外侧温度，因此开挖面以上的地连墙产生负弯矩。考虑温度影响的地连墙水平位移分析结果更接近于实测结果的平均值；考虑温度影响的地连墙最大环向应力分析结果也更接近于实测结果，但墙体最大环向应力实测结果要小于分析结果，这是由于环向应力测点离散分布、测点较少，可能未测出最大值。温度场对环形深基坑地连墙围护结构受力变形的影响不仅受到温度变化的影响，还与水、土、围护结构的共同作用有关。对于开挖面以上的墙体，没有坑内土体的约束作用，环向应力的大小主要取决于坑外水土压力的作用，因此温度下降墙体收缩变形，环向应力变化较小；开挖面以下及开挖面附近的墙体，墙体收缩变形受坑内土体的约束作用，因此温度下降引起收缩应力，环向应力降低。

通过对实际工程的分析可知，在中心城区进行深基坑施工，由于采用了科学的施工流程、周密的监测手段，保障了基坑周边既有道路及建筑物的正常使用，表明此围护结构工程的设计、施工和监测方案是成功的。因此，基坑监测是保障工程施工安全、减少经济损失、验证围护设计准确性的不可缺少的强有力手段。

参考文献：

［1］贺跃光等．基于监测数据的某地铁基坑工程安全风险模糊评价［J］．工程勘察，2017，41（9）：47～50.

［2］纪广强等．某深基坑开挖对周围环境影响的监测［J］．水文地质工程地质，2016，（5）：29～32.

［3］刘建飞．深基坑开挖对周围环境的影响［J］．河北工程技术职业学院学报，2017，5（4）：36～39.