基坑降水對(duì)地面沉降的影響(修)[建筑B類]

1、基坑降水對(duì)地面沉降的影響羅 芹 趙清平 鄭丹（中煤國(guó)際工程集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430070）摘 要： 本文通過(guò)基坑降水對(duì)地面沉降的影響分析，結(jié)合建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50072002）對(duì)地基變形的要求，提出了影響帶的劃分方法，為基坑降水設(shè)計(jì)及基坑變形監(jiān)測(cè)提供參考。關(guān) 鍵 詞： 降水； 地面沉降； 影響建筑業(yè)1、問(wèn)題的提出隨著我國(guó)城市建設(shè)的不斷發(fā)展，深基坑工程占了極大的比例，其規(guī)模和深度不斷加大。在基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)地下水多采取降水方法進(jìn)行處理。由于降水而引起地面發(fā)生沉降，造成的危害也愈來(lái)愈嚴(yán)重。諸如大面積地面下沉、建筑物歪斜、墻基開(kāi)裂等，究其原因是由于抽取地下水引起土層有效應(yīng)力增加，

2、從而使土層壓密造成的。因此應(yīng)引起高度重視。本文通過(guò)基坑降水對(duì)地面沉降的影響分析，提出周邊地面沉降影響帶的劃分方法，為基坑設(shè)計(jì)及基坑變形監(jiān)測(cè)提供參考。2、沉降量的計(jì)算國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)抽水沉降進(jìn)行了大量的研究，提出了各種計(jì)算方法。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)抽水沉降的計(jì)算多采用分層總和法。在一維固結(jié)條件下，水位下降或恢復(fù)時(shí)土層中孔隙水壓力分布規(guī)律與太沙基一維固結(jié)方程的理論曲線基本相似，固結(jié)度的表達(dá)方程也形式一致。在抽水條件下，土的固結(jié)迭加原是適用的。因而可用彈性變形的分層總和法計(jì)算沉降量Si 1： （1）式中 為有效應(yīng)力的改變量，ES為土的壓縮模量，hi為土的分層厚度。因此總的沉降量2為：（2）式中：S為總的計(jì)算沉降

3、量。2還可以表示為： （3）式中 為沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，一般?。?.20.7）。對(duì)承壓水而言，采用式（4）計(jì)算3： （4）對(duì)潛水而言，設(shè)潛水層土質(zhì)均勻，土層厚度為H0，采用式（5）計(jì)算3：（5） 根據(jù)式（4）、（5），只要知道就可分別計(jì)算出承壓含水層和潛水含水層的地面沉降，同時(shí)又可根據(jù)，預(yù)測(cè)地面沉降的發(fā)展趨勢(shì)。因此，抽降地下水引起地面沉降計(jì)算的關(guān)鍵就是準(zhǔn)確地計(jì)算在水頭降深條件下相應(yīng)的有效應(yīng)力改變量的時(shí)空分布特征。3、基坑降水引起地面沉降的范圍及影響程度基坑周邊地面沉降一般由開(kāi)挖和降低地下水位所引起。從理論上說(shuō)，基坑降水時(shí)，抽降水引起地面沉降影響范圍就是抽水水位下降漏斗的范圍，并且具有離基坑愈近水

4、位下降值愈大，地面沉降愈大的特點(diǎn)。當(dāng)水位下降后的標(biāo)高已經(jīng)高于或接近于在枯水期天然狀況下地下水水位的標(biāo)高值時(shí)，可作為基坑降水時(shí)的影響范圍。沉降計(jì)算的目的是為了預(yù)測(cè)降水引起的沉降量或沉降差會(huì)不會(huì)太大，是否會(huì)影響基坑周邊建筑物的安全和正常使用。我國(guó)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范5（GB50007-2002）中表5-3-4對(duì)建（構(gòu)）筑物的地基變形允許值作了具體規(guī)定。目前，確定容許沉降量主要有兩條途徑，一是理論分析法，二是經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法，理論分析法的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)和地基相互作用分析，計(jì)算上部結(jié)構(gòu)中由于地基差異沉降可能引起的次應(yīng)力或拉應(yīng)變，然后在保證次應(yīng)力或拉應(yīng)變不超出結(jié)構(gòu)承受能力的前提下，綜合考慮其他方面的要求，確定

5、地基容許沉降量。但這方面的理論分析研究存在不少困難，如結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的性狀、地基土的本構(gòu)關(guān)系、土性參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)的邊界條件等都不容易確定。從工程實(shí)用角度，目前主要還是依靠經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）中表5-2-6就是用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法得出的。對(duì)深基坑開(kāi)挖與降水引起的地面沉降，目前也無(wú)法準(zhǔn)確地區(qū)分開(kāi)來(lái)，在確定深基坑降水引起地面不均勻沉降和程度時(shí)，必須充分考慮深基坑開(kāi)挖引起的沉降量及沉降差的大小。對(duì)抽降承壓水，承壓含水層的沉降量為3： （6）式中： 為常數(shù)，降深愈大，沉降量愈大。抽水時(shí)在井的周圍形成漏斗狀的水頭（位）下降區(qū)，井周圍降深最大，其沉降量也最大。同時(shí)，井周圍水力坡度

6、最陡。地面傾斜率為3： （7）式中：tg為地面傾斜率，J為水力坡度。因此根據(jù)式（6）、（7）就可以判定地面沉降的影響范圍和不均勻沉降發(fā)育程度。根據(jù)式（7）可知：傾斜率的大小與含水層的厚度，壓縮模量及水力坡度的大小有關(guān)，因此，對(duì)沉降影響帶的劃分應(yīng)根據(jù)規(guī)范(GB50007-2002)中的規(guī)定和含水層的厚度，壓縮模量及水力坡度值綜合分析后確定。深基坑開(kāi)挖引起地面沉降的范圍一般為（14）Hw（開(kāi)挖深度），在此范圍內(nèi)總沉降包括開(kāi)挖沉降和降水沉降兩部分，其沉降量和不均勻沉降率均不應(yīng)超出規(guī)范(GB50007-2002)中的規(guī)定，否則將影響周邊建筑物的安全。根據(jù)裘布衣穩(wěn)定流計(jì)算公式，各點(diǎn)的降深與距井的距離呈對(duì)

7、數(shù)關(guān)系，由式（6）可知，地面沉降與趨勢(shì)一致，亦呈對(duì)數(shù)關(guān)系。距離基坑越近，水力坡度越大，降深越接近基坑降深值。隨著垂直于坑壁由內(nèi)向外，距離基坑越遠(yuǎn)，水力坡度逐漸趨緩接近于層流正常值（一般0.05）。通過(guò)對(duì)武漢漢口軟土地區(qū)的基坑降水工程研究表明，深層承壓含水帶多為砂土，厚度一般在2545m之間，其壓縮模量高達(dá)40MPa80MPa，水位每下降1m，這部分土體壓縮段引起的地面沉降僅為1mm2mm，且和降低水位過(guò)程呈同步關(guān)系，很快固結(jié)完成。隨著垂直于坑壁由內(nèi)向外的徑向距離不斷增加，可以大致地將坑周地面沉降影響分帶如下：強(qiáng)影響帶： 05中影響帶： 5 10微影響帶： 10強(qiáng)影響帶與基坑支護(hù)體系側(cè)向位移引起

8、基坑周邊的地面沉降都處于同一范圍內(nèi)，沉降發(fā)生疊加。故必須給予高度重視。通過(guò)多年來(lái)漢口軟土地區(qū)降水實(shí)踐知：基坑降水引起的沉降最大值約S=0.9%1.2%，即下降1m，最大沉降為1cm左右，強(qiáng)影響帶內(nèi)沉降量為(0.601.0)S，水力坡度0.05；中影響帶為(0.420.60)S，水力坡度0.05；微影響帶為0.42S。引起的地面附加傾斜率為：強(qiáng)影響帶tg=0.05%0.1%中影響帶tg=0.01%0.05%微影響帶tg=0.05%0.002%這對(duì)于建筑物或構(gòu)筑物的正常使用一般不會(huì)造成影響。 經(jīng)驗(yàn)證明：漢口軟土地區(qū)基坑抽降水，當(dāng)水力坡度0.05時(shí)，沉降差1.5。 為了控制周邊環(huán)境因水力坡度過(guò)大，造

9、成不均勻沉降量過(guò)大的不利情況出現(xiàn)，抽水井應(yīng)盡量布置在基坑中，而不宜布置在基坑外側(cè)，這樣既有利于： 1.基坑群井抽水干擾效果較好，可以少數(shù)量的井達(dá)到控制降深的目的。 2.可以使降落漏斗盡量位于基坑中，使周邊承壓水水力坡度趨緩，減小地面傾斜率，達(dá)到控制不均勻沉降的目的。4、結(jié)論經(jīng)過(guò)對(duì)抽降地下水對(duì)周邊地面沉降的影響分析，可得出如下結(jié)論：（1）在距離基坑05范圍內(nèi)為沉降強(qiáng)影響帶，引起的地面附加傾斜率為tg=0.05%0.1%；在距離基坑510范圍內(nèi)為沉降中影響帶，引起的地面附加傾斜率為tg=0.01%0.05%；在距離基坑10倍以上范圍內(nèi)為沉降微影響帶，引起的地面附加傾斜率為tg=0.05%0.002%。（2）為了控制周邊環(huán)境因水力坡度過(guò)大，造成不均勻沉降量過(guò)大的不利情況出現(xiàn)，抽水井應(yīng)盡量布置在基坑中，充分利用群井干擾效果，而又使水力坡度陡降段處于基坑內(nèi)，不致影響基坑周邊建筑物的安全。（3）在對(duì)基坑及降水進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)應(yīng)主要布置在強(qiáng)影響帶內(nèi)和中影響帶內(nèi)。參 考 文 獻(xiàn)1陳仲頤等. 土力學(xué)M. 北京： 清華大學(xué)出版社. 1994.2華南理工大學(xué)等. 地基與基礎(chǔ). 中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 1995.11.3趙清平. 抽降地下水引起地面沉降的計(jì)算與預(yù)測(cè). 巖土力學(xué) 2002年10月 Vol