孟令冬　赵敏

【摘 要】针对黄土基坑降水开挖过程中对临近建筑物沉降的影响，为了减小其沉降值保证建筑物的安全，采用ANSYS建立基坑及周边环境模型，研究对比不同的回灌压力对其沉降的控制作用。结果表明，合理的回灌压力对控制基坑周边沉降有着良好的作用。在一定范围内，随压力的增加，建筑的最终沉降值在减小，压力过大导致沉降值骤增，在回灌压力设计中既要考虑黄土具有的特殊性质，又要考虑周边建筑的特点，确定合理的压力。

【关键词】黄土基坑；建筑沉降；有限元分析；回灌压力

0 序言

经济的发展使得西安市内的深基坑工程日趋增多，基坑安全至关重要。在地下水丰富的地区，为保证基坑土方开挖的顺利进行，通常需要采用人工手段进行降水[1]使基坑内水位低于开挖面。地下水位的降低也对维持基坑的稳定性也有积极的作用，同时也可以有效的避免诸如流土、管涌、坑底隆起[2]等灾害对基坑工程造成的不利影响。然而在诸多优势的背后，也不能忽视大规模降低地下水位可能使得地面沉降、楼房开裂、地下管线遭到破坏等[3]。基于此在深基坑施工的过程中，必须采用合理的手段控制其对周边环境的影响，而回灌则是可以有效控制地下水水位。

然而当前针对黄土基坑基坑回灌对周边环境影响的研究比较匮乏[4]，有必要结合黄土的特性对其进行深入的研究，有限元软件ANSYS可以对基坑及其周边环境进行有效的模拟[5]。本文主要针对黄土基坑施工过程中不同的回灌压力，在止水帷幕深度一定的条件下，采用ANSYS分析其对控制周边建筑沉降的效果。

1 数值模型的建立

1.1 回灌水量以及压力的确定

基坑降水中回灌井回灌量的计算是是个复杂综合的问题，影响因素不仅有水头压力以及地层参数，同时还受井孔结构、施工质量等一系列因素的影响[6]。然而一般在设计与施工中，一般采用单井回灌理论进行计算，水头确定、水流为非稳定流。其计算公式为：

Q=2？仔Ts■[■？渍■■■du

其中：s■—初始水位水头差 T—导水系数

J■■（u）、y■■（u）—第一、二类贝赛尔系数

rw—回灌井半径a=T/S—压力传导系数

S—地层储水系数

通过公式，可以计算求得回灌井的单井回灌量。根据已有的研究成果，选取0.10MPa、0.15MPa、0.20MPa、0.25MPa四种工况进行模拟。

1.2 有限元模拟物理参数的确定以及模型的建立

为便于分析，本次模拟采用平面应变模型。基坑以及周边场地建筑模型有限元网格划分如图1 所示。

2 回灌压力对建筑沉降值的影响规律

对建立的有限元模型进行分析，在回灌压力为0.10MPa时得到建筑物最终各点随着时间变化的沉降变化曲线如图2所示。

从图2中可以看出临近基坑边缘的各点的沉降值比较大且相近，随着与基坑距离的增大，各点沉降值逐渐减小。在与基坑边缘相平行的线上，各点的位移值基本一致，且建筑物边缘的沉降值略大于内部。此外，建筑物的沉降左右具有良好的对称性，在接下来的研究中取其左半部分进行分析。位于基坑边缘同一平行线上的最终位移沉降值基本相近。另外，建筑物左侧点位的沉降值要大于内部的点，这与建筑物内部受的约束较大有关。

图3分别为回灌压力0.15MPa、0.20MPa、0.25MPa时沉降值随时间的变化曲线，前两种其变化0.10MPa时基本相似。其差异主要体现在不同止水帷幕深度条件下各点最终沉降值的差异。可见回灌压力的增加，对抑制基坑周边环境沉降是有着明显的效果的。但是结合图2进行分析，发现其变化曲线在0.15MPa、0.15MPa、0.20MPa0三个压力所对应的点位其变化速率是基本一致的，压力越大则沉降值呈线性减少。对图3（c）进行分析，较之前几种工况发现该工况下建筑沉降量骤增，说明过大的回灌压力不利于建筑物沉降的稳定，在此证明合理回灌压力的重要意义。

在基坑降水设计中，合理的回灌压力具有重要的现实意义。综合沉降值以及建筑倾斜率的变化，得出结论，在满足该基坑实际條件下，回灌压力0.20MPa最为合适。

3 结论

采用有限元分析软件模拟基坑降水、开挖对周边的建筑物沉降影响，对比四种不同回灌压力，得到以下结论：

1）在于基坑边缘垂直的方向上，基坑降水开挖对周边的影响变化趋势呈现出随着各点与基坑距离的增大减小态势，反映在建筑上就是其沉降值以及其减小速率均逐渐减小。

2）回灌压力的增加，使得建筑的最终沉降值减小。在此过程中，其变化以一个较为稳定的速率减小，此后，过大压力使得回灌井周边产生突涌，地层中不能形成稳定的渗流场。

3）黄土具有较好的渗透性，容易形成稳定的渗流场，使得不均匀沉降明显，故实际设计中，需对公式进行修正，除了应考虑基坑的地质条件，还要结合建筑物的实际情况分析计算。压力设计中，合理的回灌压力深度具有重要的现实意义。

【参考文献】

[1]栾长青，阚宏明，唐益群.上海地铁九号线宜山路站降水引起的沉降分析[J].岩土工程学报，2010（12）：1961-1968.

[2]丁洲祥，龚晓南，俞建霖，金小荣，祝哨晨.止水帷幕对基坑环境效应影响的有限元分析[J].岩土力学，2005，S1：146-150.

[3]陈鹏飞，龚晓南，刘念武.止水帷幕的挡土作用对深基坑变形的影响[J].岩土工程学报，2014，S2：254-258.

[4]刘爱娟，李整建，刘太平.基坑止水帷幕优化设计探讨[J].工程勘察，2011（12）：20-24.

[5]赵敏，厉广广，孟令冬.黄土地区深基坑土压力监测与分析[J].四川理工学院学报（自然科学版），2016（3）：81-84.

[6]JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].北京：建筑工业出版社，2012.

[责任编辑：田吉捷]