张 盼

(安徽三洲水利建设有限公司，安徽 宿州 234000)

1 引言

基坑工程因其能够有效利用地下空间而备受工程界关注，对此学者们进行了大量的研究，刘畅等[1]结合天津市某基坑工程进行斜直交替支护桩现场监测，首次对支护斜桩的桩身受力进行测试和分析，研究结果表明:斜桩对直桩存在斜撑效应。张旭群等[2]针对广州地铁3 号线某地铁站基坑工程，采用有限元模拟分析方法，对邻近隧道的受力影响进行了分析，分析结果表明:若不同区段采用不同的支护形式，可保证地铁周围隧道的安全。孙鹏昌等[3]依托厦门某基坑工程，研究了深基坑开挖爆破对桩锚支护结构的影响，研究结果表明:爆破速度可影响桩锚支护结构。陈秋爽等[4]将BIM技术应用于基坑的施工模拟、工程量统计、绿色建设方面，以实现基坑施工全过程管理的可视化、标准化和信息化。尚桌等[5]采用基底封底配合降水减压以保证基坑安全开挖，并通过监测数据说明了不同封底形式和降水对基坑的变形影响。张辉等[6]基于极限分析上限定理，推导了3 种破坏模式下基坑抗倾覆力矩的计算表达式。

然而以上的研究均没有涉及地下水位不同时，基坑的开挖、排水和支护措施对地面沉降的影响，针对以上问题，本文选择了地层岩性相同，但是地下水位线不同的两个基坑，通过对地面的沉降监测，对基坑的开挖、排水和支护措施进行评价，以上的研究方法可为类似的含地下水的基坑处置提供参考。

2 工程概况

选择两个含地下水的基坑作为研究对象，此基坑周围岩土体性质相同，岩土体从上而下依次为风化土、风化岩和软岩，结合室内实验可知，岩土体物理力学参数也相同，见表1。

表1 岩土体物理力学参数

为使基坑具有可对比性，选择的基坑施工区域体积相同为6000 m3，长×宽×高为50 m×10 m×12 m(图1)，开挖基坑的体积为500 m3，长×宽×高为10 m×10 m×5 m，由以上数据可知，施工区域的长度是基坑长度的5 倍，高度是基坑高度的2.4 倍，结合以往施工的经验，以上的倍数关系是能够保证基坑的开挖不对周围环境造成不良影响。

图1 基坑开挖平面图(单位:m)

结合数值模拟研究可知(图2)，严格按照开挖、支护和排水次序，还原基坑开挖的整个过程，模拟结果表明，若增加基坑施工区域，基坑周围岩土体的受力和位移变化不超过0.2%，由此结果可知，针对基坑的体积方量，施工区域的边界是合理的。

图2 数值模拟立体图(单位:m)

确定了基坑的开挖区域和施工区域，选择的基坑地下水位分别是距离地面2.5 m 和4 m 处，本文的研究重点是相同的地层、施工工序、支护和排水方法，不同地下水位线处的基坑施工，对地面沉降的影响。由于施工区域是基于基坑对称分布的，因此仅须研究地面AB 范围内的沉降即可(图1)。

针对地下水位位于2.5 m 处的基坑，该含地下水位的两个基坑均采用半逆法施工，第一次开挖深度为1m，开挖后应当及时对坑底进行支护，待支护完成，且基坑周围岩土体位移稳定后，利用观察仪器对AB 进行沉降监测。第二次开挖深度为1.5 m，地下水位于第二次开挖结束时，此时发现地下水涌出，随即采用井点降水法，在规定的时间内将地下水排尽，排尽后随及进行第二次支护，待支护结束后利用观察仪器对基坑岩土体AB 进行沉降监测。依次类推，开展第三次和第四次开挖、支护、排水和监测。

地下水位位于4 m 处基坑的开挖和支护次序可按照地下水位2.5 m 处的基坑进行，以此进行沉降对比研究，以评价地下水位不同处，基坑的施工对地面沉降的影响。

3 测量方法

结合测量规则，沿AB方向间隔5 m选择一个沉降观测点，共计6 个观测点。

首先应该设置沉降观测基点，基点的设置应当定在压缩性较低的土层上(图3)，以此保证沉降观测的有效性。且基点的设置须不受其他施工措施的影响，这样方能反映基坑开挖对地面建筑物的影响。

图3 基点的设置

按照试验的设点进行沉降点的观测，不涉及排水的区域，开挖后随及进行支护，待支护完成后，地面沉降稳定后进行沉降的观测，并记录沉降数据(图4)。涉及排水的区域时，开挖后须先进行排水处理，待排水完成并符合排水要求后，再进行支护，最后待地面沉降稳定后进行沉降的观测，并记录沉降数据。

图4 沉降的观测

最后记录观测数据，在基坑开挖完成后，进行沉降观测时，必须记录每次观测的施工进度、开挖方量、建筑物的倾斜裂缝等各种影响沉降变化和异常的情况。由于本文是为了研究不同地下水位对基坑开挖的影响，所以基坑施工区域是不存在其他建筑物的，暂不必记录建筑物的倾斜变化。

值得注意的是沉降的观测精度等级采用Ⅱ级水准测量，视线高度不宜低于0.5 m，应当采用闭合法消除误差。

沉降观测的稳定标准为测量的数据中记录三次观测沉降值，每次沉降量均不大于2 2 倍测量中误差，若达到此标准，则认为沉降已进入稳定阶段。若沉降值变化值较大，须待地面沉降稳定后进行观测。

4 沉降结果

严格按照以上操作步骤，基坑共计4 次开挖，对地面沉降的观测也记录了4 次，现按照次序依次将结果记录见图5～图8。

图5 第一次开挖不同地下水位处AB 沉降

图8 第四次开挖不同地下水位处AB 沉降

由图5 可知，地下水位线2.5 m 处AB 的沉降均较地下水位线4.0 m 处的大，差值约5%(两者差值除以数值较大沉降的绝对值)，说明地下水位较浅时，开挖后地面的沉降较大，但因为差值不明显，说明开挖对沉降的影响在可控的范围内。

由图6 可知，地下水位线2.5 m 处时的AB 的沉降均较地下水位线4.0 m处的大，差值约4%，此差值率较第一次开挖小，说明地下水位较浅时，开挖后地面的沉降较大，但差值进一步缩小，说明第二次开挖后地面沉降差值会进一步缩小，证明支护措施是合理有效的。

图6 第二次开挖不同地下水位处AB 沉降

由图7 可知，地面以下2.5 m 处基坑经过排水处理后，第三次开挖两者的差值率较前两次小，说明排水效果明显，达到了有效控制沉降的目的。

图7 第三次开挖不同地下水位处AB 沉降

由图8 可知，基坑地下水位线4.0 m 处的沉降较地下水位线2.5 m 处略大，但两者相差不大，说明排水效果明显，达到了控制地面沉降的目的。

综上所述:不同地下水位处基坑的排水、支护措施是达到了理想的效果;另一方面可知只要排水和支护措施满足施工要求，均可控制地面沉降，达到工程要求的目的。

5 总结

本文对不同地下水位处的基坑进行4 次开挖、排水和支护处理，并对地面沉降进行观察，可以得出如下结论:

(1)开挖后四次沉降结果比较接近，说明基坑的开挖、排水和支护措施是达到工程要求的，且可认为现阶段基坑的开挖、排水和支护措施已比较成熟;

(2)地下水位较浅时，地面沉降较地下水位较深处基坑略大，说明地下水位不同确实对地面沉降有一定的影响，但是此影响不明显;

(3)本次的监测结果适用于地下水位不超过4m 处基坑的处置，若超过此深度，此方面的研究有待进一步深入。