不同地下水位对邻近基坑施工变形的影响

不同地下水位对邻近基坑施工变形的影响

周发华，张煜都，王明明

（中国电建集团华东勘察设计研究院有限公司，浙江　杭州，311122）

【摘 要】本文依托衢州市鹿鸣半岛时尚文化创业园建设项目，采用有限元软件PLAXIS 2D，研究了不同地下水位对邻近基坑施工变形的影响。研究结果表明，不论地下水位变化，施工工况推进时基坑变形的规律是类似的，但是地下水位变化对基坑变形的大小有着不小的影响；当地下水位降到约为基坑开挖深度的一半时，可以大大降低围护墙的变形及土体的竖向变形；坑外土体根据沉降变形大小可分为3个影响区，分别为主要影响区，次要影响区及无影响区。本文研究结果可为邻近基坑施工提供一定的参考借鉴。

【关键词】基坑；地下水位；邻近基坑；施工变形；有限元

【中图分类号】TU473【文献标识码】A

0引言

随着工程建设的不断发展，城市空间资源利用愈发紧缺，工程建设不再局限于地面建设，城市地下空间的开发愈发频繁，随之而来的就是基坑工程的大量建设[1]。

随着基坑工程的复杂化，施工逐渐由单一基坑向多个相邻基坑施工的情况演变[2]。对于邻近基坑施工的相互影响，也已有不少学者开展了研究。

然而，现有研究较少涉及不同地下水位对邻近基坑施工变形的影响。本文将采用有限元软件PLAXIS 2D，研究不同地下水位对围护墙变形和土体变形的影响，并根据沉降变形大小划分基坑施工影响区，以期为类似工程提供借鉴。

1  工程概况

衢州市鹿鸣半岛时尚文化创业园建设工程位于衢州市鹿鸣半岛地块，包含AD区（包括文化创业中心及AD区车库，地下一层）、B区（地下二层）、C区（地下二层），共三个基坑。其中AD、B区地下室位于九华大道南侧、衢江北侧，C区地下室位于九华大道北侧、紫薇南路东侧。项目建设用地面积约64.1万平方米，其中文化创业中心建筑面积约5.6万平方米，地下车库建筑面积约6.0万平方米。结构基础形式为钻孔灌注桩基础。AD区块为一层地下室，周边场地高程＋65.0m～＋66.0m（绝对标高，下同），基坑开挖深度约2.35～4.20m。B、C区块为两层地下室，周边场地高程＋65.0m～＋66.0m。B区结构承台垫层底标高＋58.7m，基坑开挖深度为6.3m，局部挖深为7.3m；C区结构承台垫层底标高＋58.3m，基坑开挖深度为6.7m。

2  数值模拟

2.1 模型概况

计算主要采用PLAXIS 2D有限元软件进行数值模拟分析。建模时，为了消除模型范围对计算结果的影响，计算边界取基坑4倍开挖深度以外。本次分析模型范围取350m×30m（x×y），其中x方向为50至400m，z方向为0至-30m，有限元网格划分图如图1所示。为便于区分各基坑，邻近衢州市鹿鸣半岛时尚文化创业园建设工程B区及C区基坑分别简称基坑B及基坑C，九华大道隧道（二期）及紫薇路隧道工程基坑简称基坑A。

图1 有限元网格划分图

基坑开挖及其影响深度范围土层主要为素填土、粉质粘土、卵石、泥质粉砂岩，土层厚度从上到下依次为1.9m、4m、9.3m、14.8m，计算土层参数根据现场及有限元软件建议范围选取。

2.2 模拟工况

根据现场施工开挖顺序，施工步骤总体可划分为两部分：第一部分是邻近衢州市鹿鸣半岛时尚文化创业园建设工程B区及C区基坑开挖；第二部分是九华大道隧道（二期）及紫薇路隧道工程基坑开挖，详细工况如下：

（1）工况0：初始地应力场平衡。

（2）工况1：围护结构施工。

（3）工况2：B基坑施工第一道支撑并开挖至坑底。

（4）工况3：C基坑开挖至第一道支撑底。

（5）工况4：C基坑施工第一道支撑并开挖至坑底。

（6）工况5：B、C基坑施工底板。

（7）工况6：B、C基坑施工楼板并拆撑。

（8）工况7：A基坑开挖至第一道支撑底。

（9）工况8：A基坑施工第一道支撑并开挖至第二道支撑底。

（10）工况9：A基坑施工第二道支撑并开挖至第三道支撑底。

（11）工况10：A基坑施工第三道支撑并开挖至坑底。

（12）工况11：A基坑施工底板并拆除第三道支撑。

（13）工况12：A基坑施工楼板并拆除第一、二道支撑。

由于坑内土体降水开挖，势必会引起基坑内外产生水头差，当围护墙两侧水头差较大时，基坑内外的水头差将会对基坑变形产生一定的影响。为此，分别选取坑外水位为地表下0 m，3 m，6 m，9 m，12 m，15 m进行分析，对不同地下水位下基坑的变形进行研究。

3  结果及分析

总体来说，不论地下水位变化，施工工况推进时基坑变形的规律是类似的，即：基坑B左侧围护墙及基坑C右侧围护墙随土体开挖及施工过程的推进，其指向坑内的变形随之增加；而基坑B右侧围护墙及基坑C左侧围护墙则相反，变形逐渐减小；基坑A随着开挖过程的推进，基坑变形越来越大。但是地下水位变化对基坑变形的大小有着不小的影响，为此，在不同地下水位下，针对基坑变形最大值进行了进一步分析。

研究发现，当地下水位从地表下0 m降到地表下3 m位置处时，基坑B及基坑C围护墙最大变形及土体竖向变形均有较大的减小，随后减小的幅度逐渐降低，这说明当地下水位降到基坑开挖深度的一半时（基坑B及基坑C的开挖深度约为6 m），可以大大降低围护墙的变形及土体的竖向变形。随着地下水位继续降低到地表下6 m位置处时，围护墙变形及土体竖向变形均有显著降低，但降低的幅度远不及降低到地表下3 m位置处时，因此，地下水位降低至基坑开挖深度的一半时为减小基坑变形的最高效的地下水位埋深，继续降低地下水位对基坑变形的影响效果减弱。由于基坑A开挖深度较大，地下水位的持续降低对围护墙最大变形仍有较大影响，地下水位约在地表下6 m后继续降低地下水位对围护墙变形减小的影响效果开始减弱。

根据土体沉降变形大小可分为3个影响区，分别为主要影响区，次要影响区及无影响区，其中主要影响区距基坑边距离d1约为1.5He(基坑开挖深度)，其沉降可达沉降最大值的70%，次要影响区距基坑边距离d2约为1.5-3 He，次要影响区外土体基本不受基坑开挖的影响，定义为无影响区。

4  结论

本文采用有限元软件PLAXIS 2D研究了不同水位对邻近基坑施工变形的影响，主要结论如下：

（1）基坑B左侧围护墙及基坑C右侧围护墙随土体开挖及施工过程的推进，其指向坑内的变形随之增加；而基坑B右侧围护墙及基坑C左侧围护墙则相反，变形逐渐减小。

（2）当地下水位降到约为基坑开挖深度的一半时，可以大大降低围护墙的变形及土体的竖向变形。

（3）根据沉降变形大小可分为3个影响区，分别为主要影响区，次要影响区及无影响区，其中主要影响区距基坑边距离约为1.5He，次要影响区距基坑边距离d2约为1.5-3He。

参考文献

[1] 俞建霖, 龚晓南. 基坑工程变形性状研究[J]. 土木工程学报, 2002(04): 86-90.

[2] 陈文祥, 王武杰, 彭帆. 软土地区相邻深大基坑同期施工的影响分析[J]. 地基处理, 2022, 4(04): 329-335.