关于深基坑外侧地下水位的讨论

关于深基坑外侧地下水位的讨论

周勇

深圳市岩土工程有限公司，广东省深圳市 518028

摘 要 在深基坑支护设计时，对基坑外侧地下水位通常按地质勘察报告中提供的地下水位选定，当基坑外侧地层透水性较好时，地下水位的选取至关重要。结合深圳盐田区某基坑工程，建立数值模型，研究分析不同地下水位对基坑支护结构的影响。研究结果表明：基坑外侧地层透水性较好时，地下水位上升对悬臂桩水平位移和弯矩的影响强度呈放量增长，越来越大，对悬臂桩剪力的影响强度呈缩量增长，趋于恒定；对桩锚支护结构水平位移和支护桩弯矩的影响强度呈放量增长，越来越大，且最大正弯矩随地下水位上升而减小；对第一道锚索的长度和轴力影响最大；基坑施工过程中应保持基坑外侧地下水位与设计状况相同。

关键词：基坑支护；地下水位；悬臂支护结构；桩锚支护结构；

Abstract: In the design of deep foundation pit support, the groundwater level outside the foundation pit is usually selected according to the groundwater level provided in the geological survey report. When the stratum outside the foundation pit has good permeability, the selection of the groundwater level is crucial.Combined with a foundation pit project in Yantian District, Shenzhen, a numerical model was established to study and analyze the influence of different groundwater levels on the support structure of the foundation pit.The research results show that: when the stratum outside the foundation pit has good permeability, the influence strength of the rising groundwater level on the horizontal displacement and bending moment of the cantilever pile increases in magnitude, and becomes larger and larger, and the influence strength on the shear force of the cantilever pile increases in shrinkage quantity.tends to be constant; the influence strength on the horizontal displacement of the pile-anchor supporting structure and the bending moment of the supporting pile increases in large quantities, and the maximum positive bending moment decreases with the rise of the groundwater level;The length and axial force have the greatest influence; during the construction of the foundation pit, the groundwater level outside the foundation pit should be kept the same as the design condition.

Key words: foundation pit support; groundwater level; cantilever support structure; pile anchor support structure;

Discussion on the groundwater level outside the deep foundation pit

Zhou yong

(Shenzhen Geotechnical Engineering CO., LTD. , Shenzhen, 518028

)

0引言

在基坑工程中，地下水是普遍面临的一个问题，尤其是地下水丰富的区域，地下水导致的事故频频发生。根据统计70%以上的基坑事故是由地下水引发的，对于地下水对基坑的影响，已有学者研究获得了具有价值的成果，如王军对地下水造成破坏的原因及对基坑工程的影响模式进行了研究[1]。在深基坑工程中，通常采用截水帷幕隔断基坑内外地下水连系，地下水压力全部由支护结构承担。在深基坑支护设计时，基坑外侧地下水位通常取用地勘报告提供的稳定水位，当基坑外侧地层透水性较好时，或者外侧场地填高时，或者基坑施工位于雨季时，地下水位波动剧烈，此时地下水位应该如何取值，支护结构应如何应对地下水位的浮动变化，在《建筑基坑支护技术规程-JGJ120-2012》[2]（以下简称规范）等相关指导性文件里并没有明确这个问题。

本文结合深圳盐田区某基坑工程，计算分析不同地下水位对基坑支护结构的影响，并提出针对性处理措施，既能保证基坑安全，又不会冗余设计，更好地服务于现场工程实践。

1工程概况

拟建项目位于深圳市盐田区永安路2号，明珠大道与永安路路口西南侧。用地面积为37797.30m2，设两层地下室，基坑四周地面标高起伏较大，基坑呈L型，支护底边线周长约887.5m，基坑深度4.3m~17m。

项目西侧为明珠三街，道路属填方路基，填高约4.5m，路堤采用悬臂式现浇钢筋混凝土挡墙；北侧约8m外为永安路；东侧北段外为明珠大道，东侧中段为规划学校用地，暂时作为项目建设期间的临建场地，东侧南段外为停车区，停放了较多货运车辆及少量集装箱；南侧为规划道路，现状高于场区5~7m，有作边坡支护，边坡上为集装箱堆集区。

2地质条件

项目深圳市最高峰梧桐山东麓，地处山前冲洪积地貌，后经人工改造后修成物流园，原始地貌发生较大变化。场地为岩溶强发育区，溶洞充填情况主要有两种，分别为无充填及全充填，充填物为流～软塑状黏性土及碎石等，成分多为硅质岩、大理岩等风化岩碎屑。根据地质钻探揭露，场地主要的岩土层及其岩土物理力学参数如表1所示。

                      岩土物理力学参数表                     表1

地下水分为松散土类孔隙潜水、基岩裂隙水和岩溶水三种类型。其中松散土类孔隙潜水分布在人工填土（石）层、第四系冲洪积漂石和残积层的颗粒孔隙之中，水量较丰富，水位和水量受季节变化明显。

地下水位的变化受季节、大气降雨等因素影响。勘察期间测得混合稳定水位埋深约1.30～11.10m。

3 支护形式及设计参数选取

基坑采用悬臂桩支护和桩锚支护两各形式，支护桩间采用φ650mm直径双管旋喷桩止水。本文选用东侧北段及西侧支护段作为研究对象，其中东侧北段基坑深度5.6m，采用悬臂桩支护，桩顶位于地面，支护桩直径1.0m，间距1.8m；西侧支护段基坑深度10.1m，桩顶以上路基填土4.5m，采用桩锚支护，由于紧贴挡墙基础施工，为避免开槽施工冠梁影响挡墙的稳定和安全，特将冠梁设置在地面之上，冠梁顶标高+1.0m，冠梁与挡墙墙面之间回填土，支护桩直径1.2m，间距1.8m，设三道预应力锚索，锚索抗拔安全系数为1.8。

东侧北段设计计算取2个超载，其中一个15kPa条形荷载，距离基坑边2.0m，宽10m，一个为道路荷载25kPa；西侧计算取2个超载，其中一个为路基填土荷载，按18.5kPa/m计取，一个15kPa地面超载，宽10m。东侧北段支护剖面布置情况如图1所示，西侧支护剖面布置情况如图2所示。

图1 东侧北段支护剖面布置图

图2 西侧支护剖面布置图

4 计算结果分析

4.1悬臂桩支护

悬臂支护段基坑深度范围内为填石层和漂石层，属强透水层，计算土压力时采取水土分算，支护桩外侧地下水位分别按埋深1m、2m、3m、4m进行分析计算，模拟实际施工状况时外侧地下水位变化的影响，支护桩内力和变形如图3所示。由图（a）可知，外侧地下水位每上升1m，支护桩水平位移分别增加13.6%，18%，22%，26%，平均增加19.9%，由图（b）可知，外侧地下水每上升1m，支护桩最大正弯矩分别增加12.2%,17.4%,21.7%,26%，平均增加22.3%，随着外侧地下水位的上升，水压力对支护桩水平位移和弯矩的影响强度放量增长，越来越大；由图（c）可知，外侧地下水每上升1m，支护桩最大剪力分别增加13.8%，17.6%，19.2%，20.3%，平均增加17.7%，随着外侧地下水位的上升，水压力对支护桩剪力的影响强度缩量增长，趋于恒定。

（a）支护桩最大水平位移

（b）支护桩最大正弯矩

（c）支护桩最大剪力

图3 不同地下水位下的悬臂支护桩内力和变形

4.2桩锚支护

西侧支护段基坑深度范围内上半部分主要为填土层和漂石层，属强透水层，计算土压力时采取水土分算，支护桩外侧地下水位分别按-3m、-2m、-1m、0m、+1m进行分析计算，模拟实际施工状况和设计状况时外侧地下水位变化的影响。

实际施工状况时，支护结构均已施工完毕，分析时统一锚索参数，对比外侧地下水位变化对支护结构的影响。支护桩内力和变形如图4所示，锚索轴向拉力如图5所示。

由图（d）可知支护结构施工完成后，外侧地下水位每上升1m，支护桩水平位移分别增加8.9%，13.8%，19.3%，39.3%，增量差值呈指数增大，表明随着地下水位上升，水压力对支护桩水平位移的影响强度放量增长，越来越大。由图（e）可知外侧地下水位每上升1m，支护桩最大正弯矩分别减小3%，6%，9.7%，17.3%，表明随着地下水位上升，水压力对支护桩弯矩的影响强度呈放量增长。由图（f）可知外侧地下水位每上升1m，支护桩最大剪力分别增加1.48%，1.95%，2.15%，1.87%，增量差值很小，表明地下水位变化对支护桩最大剪力的影响强度基本恒定不变。

（d）支护桩最大水平位移

（e）支护桩最大正弯矩

（f）支护桩最大剪力

图4 不同外侧地下水位桩锚体系支护桩内力和变形

由图（5）可知锚索施工完成后，外侧地下水位每上升1m，第一道锚索拉力平均增加约8%，第二道锚索拉力平均增加约3.8%，第三道锚索拉力平均增加约1.8%。

图5 不同外侧地下水位锚索轴向拉力标准值

    设计状况时，统一支护桩水平位移和内力，对比外侧地下水位变化对锚索长度和轴向拉力的影响。锚索长度如图6所示，锚索轴向拉力标准值如图7所示。由图（6）可知外侧地下水位每上升1m，第一道锚索长度增加约6.9%，第二道锚索长度增加约3.3%，第三道锚索长度增加约4%。由图（7）可知外侧地下水位每上升1m，第一道锚索轴向拉力值增加约10.5%，第二道锚索轴向拉力值增加约6%，第三道锚索轴向拉力值增加约7.7%。

图6 不同外侧地下水位锚索总长度

图7 不同外侧地下水位锚索轴向拉力标准值

5总结

采用弹性地基梁法结合增量法，考虑基坑外侧地下水位变化，分别对悬臂桩支护结构以及桩锚支护结构的施工状况和设计状况的计算结果进行分析，初步得到以下结论：

（1）悬臂桩支护结构中，随着基坑外侧地下水位上升，水压力对支护桩水平位移和弯矩的影响呈放量增长，越来越大，水压力对支护桩剪力的影响呈缩量增长，趋于恒定，地下水每上升1m，支护桩变形平均增加19.9%，支护桩最大正弯矩平均增加22.3%，支护桩最大剪力平均增加17.7%，因此适当降低基坑外侧地下水位，能有效减小悬臂支护桩内力和水平位移。

（2）桩锚支护结构施工状况时，随着基坑外侧地下水位上升，支护桩位移和最大剪力逐步增大，支护桩最大正弯矩逐步减小，水压力对支护桩水平位移和弯矩的影响呈放量增长，越来越大，对剪力的影响基本恒定不变，因此当基坑外侧地层透水性较好时，支护桩弯矩值应按最低水位确定。

（3）桩锚支护结构施工状况时，基坑外侧地下水位每上升1m，第一道锚索轴向拉力增加约8%，第二道锚索增加约3.8%，第三道锚索增加约1.8%，因此当基坑外侧地层透水性较好时，应按最高水位确定第一道锚索参数。

（4）桩锚支护结构设计状况时，基坑外侧地下水位在不同的埋深设置相对应的锚索长度和预加力才能维持支护桩内力和水平位移一致，水位浮动1m时，第一道锚索长度相差6.9%，轴力相差10.5%，第二道锚索长度相差3.3%，轴力相差6%，第三道锚索长度相差4%，轴力相差7.7%，因此当基坑外侧地层透水性较好时，应采取回灌等措施保持地下水位与设计状况相同。

参考文献

[1] 王军.地下水对基坑工程的影响及其对策研究[J].地基与基础，2018，45（1）：117-120.

[2] JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].