基坑开挖对周边地表沉降的影响因素分析

李向群 李培豪 侯学飞

(吉林建筑大学 测绘与勘查工程学院,长春 130118)

近年来，随着我国城市交通事业的迅速发展,很多城市地铁建设正在如火如荼地进行,基坑工程也越来越多,而基坑开挖时的地表沉降控制,一直是一个不可忽视的问题[1].本文结合长春地铁3号线东广场站明挖基坑的现场监测数据,对明挖法开挖基坑时周边地表沉降的因素进行了分析.

1 工程概况

(1) 长春地铁3号线东广场站是长春城市快速轨道交通轻轨3号线一期工程延伸线第3座车站,车站位于长白路与亚泰大街交汇处,为3号线一期工程延伸线的一般车站,车站跨路口设置,呈东西走向.本站为10.5m站台岛式车站,地势由西向东逐步降低,主体东端为明挖结构.主体明挖段为双跨三层平顶直墙框架结构,最小覆土2.7m,结构净宽19.55m,净高19.63m,采用6导洞PBA法施工.

①杂填土. 褐色-褐黑色,稍湿,稍密.主要有碎砖、碎石和粘性土等建筑垃圾组成,上部为沥青路面,分布整个场地表层,厚度变化较大,土层厚度1.80m～4.10m,平均厚度2.28m.

②1粉质黏土.黄褐色,可塑(液性指数平均值为0.50),中等压缩性,干强度中等,韧性中等.该层为弱含水层,富水性差.土层厚度1.90m～3.50m,平均厚度为2.43m,分布于场地上部.

②2粉质黏土. 黄褐色,可塑偏软(液性指数平均值为0.69),中等压缩性,干强度中等,韧性中等.该层为弱含水层,富水性差.土层厚度1.50m～3.00m,平均厚度为2.25m,分布于场地中上部.

②3粉质黏土. 黄褐色,硬塑(液性指数平均值为0.13),中等压缩性,干强度中等,韧性中等.该层为弱含水层,富水性差,水量极其贫乏.土层厚度2.00m～7.90m,平均厚度为4.88m,分布于场地中部.

②4黏土. 黄褐色,硬塑(液性指数平均值为0.04),局部坚硬,中等压缩性,干强度中等,韧性中等.该层为弱含水层,富水性差,水量极其贫乏.土层厚度4.00m～11.80m,平均厚度为8.14m,分布于场地下部.

②5粗砂. 黄褐色,灰色,密实(标贯击数平均值为33.6),部分地段为中密状,饱和.主要有长石、石英和少量岩屑组成,分选性一般,含少量粉质黏土.该层为主要含水层,含水量较大.土层厚度1.00m～3.40m,平均厚度为1.99m,分布于场地下部.

③泥岩. 紫红色,局部浅灰色,中风化层状构造(标贯击数平均值为230.6,天然单轴抗压强度为1.25MPa),主要有黏土矿物组成,原岩结构少部分破坏,岩芯呈长柱状,锤击声脆,最大揭露厚度22.00m,分布于场地底部.

2 现场监测数据

选取2016年12月东广场站地表沉降现场9个测点监测数据作为依据进行分析,具体数据见表1.

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表1 2016年长春地铁3号线东广场站监测结果Table 1 Monitoring results of Dongchang railway station on Changchun metro line

续表1

3 监测数据分析

3.1 基坑周边地表沉降与距离的关系

表2统计了2016年12月5日、15日和25日12个测点实时监测得到的累计沉降量，以及各个测点距离明挖基坑中心线的长度(已知明挖基坑深度为19.63m,记为H,通过计算,各个测点到基坑中心线的距离可以依次近似为H/5,2H/5,H/2,4H/5,H,6H/5)，以这12个测点到明挖基坑中心直线距离为X轴,以某一日期的测点对应的地表累计沉降量为Y轴,画出散点图,红色为测点1SJ-DB-09累计沉降量,蓝色为测点1SJ-DB-07累计沉降量(见图1～图3).

表2 各测点累计沉降量统计Table 2 Thecumulative settlement of the measured table

由于测点设置顺序是按照先远端后近端进行布置和基坑开挖前期在场地端头堆载过大量土体和钢支撑的原因,所以造成了在实测过程中距离基坑中心线近的测点累计沉降量会相应地比距离远的测点累计沉降量小,但并不影响对地表累计沉降量规律的研究.

所以从图1、图2和图3来看,累计沉降量的分布主要可以分为:

(1) 急剧变化部分. 首先当测点距离基坑中心线的距离不大于10.19m时,即小于等于H/2时,表现的比较明显,累计沉降量有明显的上升趋势.

(2) 缓慢变化部分. 当测点距离基坑中心线的距离在10.19m～20.19m,即H/2～H范围内开始从峰值进行缓慢的衰减.

(3) 基本稳定部分. 当测点距离大于20.19m时,即大于基坑深度H时，慢慢趋于平稳.

3.2 基坑周边地表沉降与土质条件的关系

地质条件的优劣也是影响基坑周边地表沉降的一个很重要的因素,通常地铁工程大多修建在城市中心地带,已有建筑物较多且拥挤,人口流动量较大,施工场地相对狭小,施工条件差,而且由于地下管线和交通设施的存在,很难对土质进行改良,所以地质条件在一定程度上对周边地表沉降影响会很大[2].东广场站主体结构所处地层地质自上而下多为杂填土、粉质黏土、黏土、粗砂和部分泥岩,选取部分距基坑距离相同测点的12月31日实时监测数据，以便分析不同土层组合对地表沉降的影响,见表3.

表3 各测点累计沉降量及土层信息Table 3 Accumulated settlement of each measuring point and soil information table

从表3中可以明显看出，不同土层组合的测点监测的累计沉降数据有明显差别.一般情况下,不同类型的土质密实程度是有差异的,杂填土的土质较为松散,其余的土层相对密实.相对密实的土质,其抵抗变形的能力也相应较强,受外力扰动的影响比较小[3].比较松散的土质,抵抗变形的能力较差,很容易受到外力的扰动,即使很小的外力也可能会导致较大的沉降变形.

4 结论与建议

由以上的数据分析,可以准确地得出明挖基坑周边地表沉降因素主要有两种,分别是距基坑的距离和土质条件.

(1) 距基坑的距离是对周边地表沉降影响较大的因素,在基坑开挖的过程中,周边地表的沉降会随距离基坑距离的增大,出现先急剧增大后缓慢减小的趋势,随着距离的增加，沉降量的变化越来越小,最后趋于平稳.

(2) 基坑开挖对地表沉降有明显影响，范围基本是从基坑边缘到距离基坑中线一倍的基坑深度的范围内,同时最大的地表沉降大致在距基坑中线距离为基坑深度一半的位置处.

(3) 土质条件也是影响基坑周边地表沉降的一个重要因素,因为土体具有差异性和多样性,土体结构越密实,其抵抗变形的能力也就越强,沉降也就越小；土体结构越松散,抵抗变形的能力越弱,沉降相应的就会越大.

(4) 影响基坑周边地表沉降的因素还有很多,基坑降水也是一个不可忽视的因素.在地下水较多的城市中心,开挖基坑时都会受到地下水的影响.基坑降水一方面可以使基坑周围的土体有效应力增加,另一方面由于水头差的存在会使土体产生渗流动水压力,这两种因素都可以影响地表的沉降[4].所以针对这方面因素的分析将会是今后研究的重要方向.

参 考 文 献

[1] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社.2009.

[2] 李永靖,王春华,孙琦,邢洋.地铁深基坑开挖对周围地表沉降的影响[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2017(4):387-390.

[3] 赵延林.基坑开挖对周边建筑物及地表沉降影响的研究[D].北京:中国矿业大学,2005.

[4] 施成华,彭立敏.基坑开挖及降水引起的地表沉降预测[J].土木工程学报,2006(5):117-121.