某暗浜软土地区基坑开挖引起的地面沉降估算

余 翔 （上海生物芯片有限公司，上海 201203）

0 前言

针对基坑开挖引起的周围土体沉降问题，主要可采用杆系有限元法，包括数值分析方法和统计方法[1-4]。基于抛物线形式的围护结构变形形式，本文以上海张江高科技园地区某基坑为研究对象，提出了一种估算上海软土地区深基坑（含有较多暗浜）开挖引起的地面沉降的实用方法。

1 工程概况

上海市张江高科技园区分子医学实验楼新建项目，建设内容为1幢地下一层、地上五层的建筑单体，建筑物占地面积1242.90m2，总建筑面积7709.72m2（其中地上建筑面积6461.01m2，地下建筑面积1248.71m2）。项目基坑位于环境敏感地区，基坑东侧为厂区实验楼，南侧为厂区研发生产楼，西侧为厂区仓库综合楼及废水处理站，北侧为主干道高科路的市政绿化用地。

基坑最大开挖深度5.30m，四周建（构）筑物均在基坑开挖3倍范围内，围护采用SMW工法双轴搅拌桩φ700@1000，桩长15.5m，H500×300×11×18型钢隔一插一长度15.0m，共计162根桩。

1.1 基坑工程概况

图1 项目总平面图

本工程基坑面积1329 m2，周长约160m，基坑开挖深度5.30m，局部集水井挖深6.2m。

基坑开挖表 表1

1.2 基坑围护概况

基坑支护体系结构采用双轴水泥土搅拌桩围护形式，顶部设置一道钢支撑，具体参数见下表。

基坑围护体系参数表 表2

图2 基坑围护平面布置图

1.3 周边建筑环境条件

基坑东侧为厂区实验楼，此建筑物与地下室外墙线最近距离为14.87m。

基坑南侧为厂区研发生产楼，地下室外墙线与该建筑的最近距离为15.02m、14.97m。

基坑西侧为厂区仓库综合楼和废水处理站，地下室外墙线与该仓库综合楼的最近距离为12.65m，与废水处理站的最近距离为4.23 m。

基坑北侧为工地围墙，地下室外墙线与该建筑的最近距离为6.68m。

上述生产、研发、实验楼及仓库综合楼均为桩基础，基础埋深约1.2m。废水处理站为筏板基础，基础埋深约5.8m。基坑四周均有厂区内地下管线。

基坑周边建筑统计表 表3

基坑周边管线一览表 表4

2 地质条件

拟建场地内有暗浜分布，浜土厚约1.80m～2.10m，浜底标高约+0.55m～+0.29 m。SMW工法双轴搅拌桩桩底位于④淤泥质粘土。各土层物理力学性质见表5。

土层物理力学性质指标 表5

由地基埋藏分布特性表中关于土层描述可知：第②层褐黄～灰黄色粉质粘土，可塑～软塑，压缩性中等～高等，上质相对较好；③、④层为淤泥质土，土质较软，易产生蠕变和剪切破坏，特别是暗浜区域，应进行处理。

3 监测方案

按照相关规范[5-6]要求综合考虑，依设计说明，本项目基坑监测等级取为二级。

3.1 监测范围及内容

在基坑开挖过程中，有必要进行现场工程监测。该工程基坑施工区域监测项目主要有以下几点。

3.1.1 周边环境监测

①地下综合管线垂直、水平位移监测

②周边建(构)筑物垂直位移监测

③坑外地表沉降剖面监测

3.1.2 基坑围护监测

①围护顶部垂直位移、水平位移监测

②围护结构侧向位移监测

③坑外潜水水位观测

④支撑轴力监测

⑤立柱桩垂直位移监测

3.2 监测点布设

①坑外地表沉降剖面监测

图3 监测点平面布置图

为了监控基础施工对周围土体的影响范围，拟在基坑外侧布设坑外地表沉降剖面监测点，每组沉降剖面从基坑围护外侧2m算起，按3m、5m、5m的间距分别设置4个垂直位移监测点，编号为DB1-i～DB2-i(i=1、2、3、4、5)，共计15个地表沉降测点。

②围护结构侧向位移监测

选择在可能产生较大变形的部位，一般在基坑围护中部及阴阳角，结合施工现场情况，共布置5个测斜孔，编号为Q01～Q05。

4 基于抛物线变形模式的墙后地面沉降计算

4.1 围护结构变形模式简化

Goldberg等[7]通过大量实测数据，认为任意围护结构变形模式可以简化为四种基本变形模式，分别对应图4（a），（b），（c），（d）。上海软土地层基坑变形曲线一般为抛物线型式，如图4（d）所示。

4.2 基坑开挖工况及参数

4.2.1 周边地表沉降监测

地表沉降特征值：设计报警值±30mm

基坑开挖期间：最大变形点DB2-1，最大变形量19.17mm。

4.2.2 围护桩深层水平位移监测

特征值：设计报警值西侧及北侧±15mm东侧及南侧35±mm

基坑开挖期间：最大变形点Q2，最大变形量16.19mm。

图4 围护结构变形模式

图5 深基坑周边地表竖向位移变化曲线图1

图6 深基坑周边地表竖向位移变化曲线图2

图7 深基坑围护桩深层水平位移曲线图1

图8 深基坑围护桩深层水平位移曲线图2

图9 深基坑围护桩深层水平位移曲线图3

图10 深基坑围护桩深层水平位移曲线图4

图11 深基坑围护桩深层水平位移曲线图5

图12 深基坑各符号含义

本文选取5个监测断面的20个基坑的地表沉降和测斜监测资料进行拟合。这些符号的含义如上图所示。

4.3 计算方法

图12的研究表明，笔者基于正态密度分布函数提出了考虑沉降槽偏心距x0的地面沉降预测公式：

式中：x0为沉降槽的偏心距(见图12)，即最大沉降点所在的位置；k为沉降相关系数。当x0＞0时，沉降曲线表现为凹槽型。

4.4 计算结果

通过选取本工程共计5个监测剖面，对应15个沉降监测点，在抛物线的变形模式中，发现拟合曲线公式为

5 结语

以上海张江高新技术园区分子医学实验楼新建项目基坑支护结构变形模型为基础，对基坑开挖引起的地面沉降监测数据进行了分析。拟合后，提出了一种上海软土地基地区(含有较多暗浜)深基坑开挖引起的地基沉降规律及估算方法和公式。

图13 围护抛物线变形模式下地面沉降分布图