汪 洵

(安徽省地质矿产勘查局三一三地质队，安徽 六安 237000)

0 前言

地下水水位较浅时，基坑开挖施工危险性较大，常遇到基底突水，开挖墙体突水突泥，给基坑开挖施工的安全性带来极大影响，为此，水位较浅环境的基坑开挖施工需要进行特别加固措施处理，而地下连续墙尤其是混凝土地下连续墙在基坑开挖施工中的应用极为广泛，由地下连续墙支撑条件下的基坑开挖能够在长期有水环境下稳定存在。针对混凝土地下连续墙的基坑加固支护方式，国内外众多学者开展了广泛研究。黄茂松等[1]对成槽的整体稳定性进行了研究，研究结果表明：三维楔形体模式的验算方法在饱和黏土中存在一定的不足，并提出了相应的改进方法。张思源等[2]对不同接头型式的地下连续墙在基坑开挖工程中对地下连续墙位移和受力特征的影响进行了研究，研究结果表明：刚性接头较柔性接头而言，在增强围护结构的横向变形抵抗能力，降低整体结构内部支护受力上具有显著优势，整体性更好。黄阜等[3]研究了槽壁坍塌问题，研究结果表明：地连墙槽壁的安全性，主要受到土体自身的物理力学特征的影响，以及成槽中用于护壁的泥浆的黏聚力、高度、重度的影响，且与不同的特征间有着不同的变化趋势。李镜培等[4]通过广泛应用的半无限土体中桩基影响土体受力和变形的圆孔扩张理论解答为基础，对与基坑地下连续墙相邻近的静压沉桩施工影响进行了研究。研究结果表明：地下连续墙附近的静压沉桩施工将会极大影响基坑地下连续墙的稳定性，特别是地下连续墙的侧向位移，规律为随着沉桩深度的增加地下连续墙产生的侧向水平位移也不断增大。徐中华等[5]研究了紧邻超深基坑的管线和建筑物受基坑开挖的影响。研究结果表明：为了不使周边环境受基坑开挖的影响，施工措施诸如分坑顺作方法的应用、两墙合一式地下连续墙的修筑能够有效降低基坑开挖对周边建筑物的影响。楼恺俊等[6]应用PLAXIS3D软件，对基坑施工过程进行了模拟研究，研究结果表明：对于杭州典型黏土地区，墙深决定了基坑的抗隆起效用，而就基坑抗倾覆能力而言，墙深和加固土深度对其影响作用大致相同。蔡子勇等[7]研究了基坑开挖工程中支护的优化设计对基坑的稳定性影响，研究结果表明：基坑经过优化后，不但可以节约成本，且对基坑变形有明显改善，优化方法实际可行。姚志安等[8]对我国南部的深中通道工程中的一大桥锚碇基坑施工进行了研究，研究结果表明：通过‘筑岛+地下连续墙’的施工方法，能够有效解决此类地质条件下的基坑开挖施工稳定性问题。王建宁等[9]研究了地下连续墙施工方法构建的地铁车站的结构整体抗震性能，研究结果表明：地震强度较小时，施工过程中构建的地下连续墙确实能够起到显著提高车站主体结构抗震稳定性，随着地震强度不断增大，这种提高作用逐渐降低。杨毅秋等[10]对传统的现浇地下连续墙施工方法进行了缺陷分析，分析结果表明：装配式地下连续墙能够大大降低工程施工的安全风险，同时能够提高基坑工程的施工速度，克服了诸多施工问题，极大的便利了施工过程，对深基坑工程施工具有重要意义。Zhuang Haiyang等[11]对不同连接形式的地下连续墙对提高地铁车站结构的抗震性能的作用进行了研究，研究结果表明：地下连续墙的存在将加强地下车站的侧向刚度，减少侧向变形。

但是，针对地下连续墙施工方法在水位较浅地区基坑工程施工中所发挥的作用学者们较少关注，本文依托基坑开挖施工工程，开展了浅水位条件下基坑开挖过程中地下连续墙发挥的作用研究，主要通过FLAC3D有限差分软件进行数值计算建模分析。

1 工程概况

该实体基坑工程基坑剖面如图1所示，构成基坑的周边土体材料物理力学参数和地下连续墙的物理力学参数如表1所示，周边土体材料主要由软粘土夹砂土层组成，由于地下水水位较浅，软粘土极易发生蠕变的流变类变形，而饱和砂土层也极易形成流砂灾害，构成地下连续墙的混凝土为C50标号，结构刚度大，有良好的抗渗透性，基坑开挖深度为25 m，开挖宽度和长度均为40 m。基坑开挖采用分层开挖，每层开挖深度为2.5 m。开挖过程中同步进行降水作业。

表1 岩土体物理力学参数

图1 基坑三维视图

2 数值模拟

2.1 模型的建立

在FLAC3D软件中进行模型构建，根据实际基坑开挖深度和尺寸，以及地下连续墙的尺寸构建用于数值计算的模型如图2所示，软粘土材料模型采用摩尔库伦模型，其相应的材料参数按照表1中给出的材料参数进行设置，地下连续墙的材料参数也根据上述表1中特征参数进行设置。模拟中基坑开挖采用分层开挖，每层开挖2.5 m，分10层开挖。每层开挖完成后，进行降水模拟。模型整体长和宽为120 m，模型深度为60 m。

图2 基坑数值计算模型

2.2 基坑变形

通过计算，最后获得的计算结果位移云图如图3所示，为了能够清晰呈现土体内部的位移变化，特别导出了切片云图，如图4所示。基坑开挖过程中，周边土体中的孔隙水压力变化云图如图5所示，同样为了能够清晰呈现剖面上的孔隙水压力变化特点，特别导出了孔压切片云图，如图6所示。

图3 基坑位移云图

图4 基坑位移切片云图

由图3所示的位移变化云图可知，基坑开挖中，基坑正中底部上拱位移最大，最大上拱位移为3.28e-2m，由中间向基坑底部边缘部位，最大上拱位移逐渐变小，边缘上拱位移为1.25e-2m，呈现由中心向四周的圆形发散变形减小特征，同时，基坑变形在三维上呈现出，由基坑中心向周围的球型减小变化特征，但是，最大上拱位移较小，说明地下连续墙起到了很好的加固基坑作用，有效控制了基坑底鼓变形。

图4所示为靠近基坑底部边缘部位的剖切面的位移云图，由图中可知，其最大上拱位移位于底部边缘的中间部位，最大上拱位移为2.97e-2m，小于上述基坑底部中心部位的最大上拱位移，同时，由切片位移云图也可以看出，基坑底部上拱位移呈现出由底部中心位置向周围呈圆形减小的变化趋势。基坑底部边缘最大上拱位移为1.25e-2m。

由上述基坑底部及周边土体中的位移变化特点分析可知，地下连续墙在富水地层中的基坑开挖施工中可以起到很好的降低基坑底部上拱位移的作用，可在富水粘土地层的基坑开挖施工中进行合理高效应用。

图5 孔隙水压力变化云图

图6 孔隙水压力切片云图

由图5所示的孔隙水压力变化云图可知，基坑开挖中，从基坑底部竖直向下孔隙水压力逐渐增大，在Z坐标为35 m的位置处，基坑底部的土体中的孔隙水压力为4e4Pa，与周围土体的孔隙水压力相当，而基底处孔隙水压力对基坑几乎没有影响，说明地下连续墙的存在有效阻隔了水流向基坑的运动，表明地下连续墙在该类地层的开挖施工中起到了很好的隔水作用，由基坑底部向下水压变化较快，水压梯度较大，由0Pa迅速增大至4e4Pa，最后在地连墙下部位置变化到与周围土体相当的孔隙水压力值，约为4e4Pa。由基坑周围土体向基坑部位呈现略微的弧形变化特征。在基坑部位趋于平缓。

图6所示的孔压切片云图可以看出孔隙水压力变化整体规律同样显示相同的变化特征，在Z坐标为31 m的位置处，基坑底部的土体中的孔隙水压力为5e4Pa，从切片云图可以看出，基坑底处孔隙水压力对基坑几乎没有影响，说明地下连续墙起到了很好的隔水作用，在富水地层中的基坑开挖施工应用效果显著，地下连续墙部位的孔隙水压力变化显著，梯度较大，由0Pa迅速增大至5e4Pa，说明周边水体对地下连续墙有很强的静水压力作用，间接证明了地下连续墙发挥了很好的隔水作用。

由上述基坑底部及周边土体中的孔隙水压力变化特点分析可知，地下连续墙在富水地层中的基坑开挖施工中可以起到很好的隔水作用，可在富水粘土地层的基坑开挖施工中应用。

3 结语

(1)地下连续墙施工方法的基坑工程，基坑底部位移变形呈现由基坑底部中心部位向四周边缘位置的圆形发散变形减小特征，中心位置最大上拱位移为2.97e-2m，边缘最大上拱位移为1.25e-2m。

(2)经过采用地下连续墙支护加固的基坑开挖工程，基坑变形在三维上呈现出，由基坑中心向周围的球型减小变化特征，中心最大上拱位移为3.28e-2m，边缘上拱位移为1.25e-2m。

(3)地下连续墙的存在有效阻隔了水流向基坑的运动，在富水软粘土地层的基坑开挖施工中起到了很好的隔水作用。