摘要：結(jié)合北京中冠大廈基坑降水工程實例，分析了中冠大廈基坑降水所引起地面沉降的機理。通過應(yīng)力面積法基本原理計算法對基坑降水引起的地面沉降進(jìn)行了理論計算，揭示出降水所引起的地面沉降與水位降深呈正比，與壓縮模量呈反比；離基坑越近，單位間距內(nèi)地面沉降增量越大，所造成的差異沉降越明顯；其降水影響半徑約為131.8m，最大沉降量約為35mm，對離基坑10m遠(yuǎn)的中關(guān)大廈影響不大，而離紅線1m左右的高壓線和電信線必須將其移走或采取有效措施。
　　關(guān)鍵詞：深基坑；降水；地面沉降；應(yīng)力面積法
　　城市地下空間開發(fā)利用的規(guī)模深度和廣度日益加強，基坑降水工程不可避免的引起基坑周圍土層中地下水位和應(yīng)力場的改變，這必然導(dǎo)致基坑周圍地面的沉降水平位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，從而影響相鄰建筑物和市政管線的正常使用甚至破壞[1-6]。因此，研究和探討基坑工程降水所引起的地面沉降變形機理，從理論上指導(dǎo)降水工程的設(shè)計和施工對保護(hù)深基坑周邊環(huán)境具有重要意義。
　　本文結(jié)合北京中冠大廈基坑工程，用應(yīng)力面積法基本原理計算法對基坑降水引起的地面沉降進(jìn)行了理論計算，對基坑工程降水引起的地面沉降進(jìn)行了分析。揭示了基坑降水引起地面沉降的規(guī)律，對工程實踐起了很好的指導(dǎo)作用。
　　1工程概況
　　中冠大廈工程位于北京海淀區(qū)海淀南街北側(cè)，大廈地上13層，地下3層，地面標(biāo)高約52.4m，基底埋深-16.05m，基坑開挖深度為-16.15m。東側(cè)約10m處為已完成新中關(guān)大廈，其基礎(chǔ)埋深約20m，其基坑采用護(hù)坡加錨索支護(hù)；其余各側(cè)均為馬路。另西側(cè)距離紅線1m左右（局部至紅線）有高壓線和電信線。根據(jù)勘察資料，場地地層構(gòu)成及土層參數(shù)見表1，鉆探40.0m深度范圍內(nèi)存在3層地下水見表2。
　　表1場地地層構(gòu)成及土層參數(shù)
　　Tab.1formationofstratuaandparametersofthesoil

　　表2地下水埋藏情況

　　場地水文地質(zhì)條件，第一層臺地潛水不連續(xù)，局部可見；第二層層間潛水，水量不大；第三層潛水普遍存在，水位于基底以下較深處，無承壓性。由于對本工程起影響的主要為第一層水，因此降水目標(biāo)為第一層及第二層水。
　　結(jié)合場地水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件和降水、支護(hù)方案，設(shè)計基坑深15.1m，抽水井深24.0m，降水井井徑600mm，用護(hù)坡樁加預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)樁長20.0m，抽水井距支護(hù)樁1.8m。原地下水位約7.0m，降水后坑底地下水位為地面以下16.5m，水位降深為9.5m。
　　2用應(yīng)力面積法計算地面沉降的原理
　　引用應(yīng)力面積法計算基底沉降量的基本原理，在不考慮滲流的情況下，其中的附加應(yīng)力即為原地下水位面與降水后地下水位面之間土層降水前后的有效應(yīng)力增量。由于降深6.0米以下主要為卵石層，與上部土層差異壓縮模量很大，因此將其分開考慮。
　　（1）計算原地下水位面與降水后地下水位面之間土層降水前后有效應(yīng)力增量。
　　當(dāng)?shù)叵滤�位降深H1≤6.0m時，
　　（2.1）
　　當(dāng)?shù)叵滤�位降�?.0m＜H1≤9.5m時（本工程最大降深9.5m），（2.2）
　　（2）沉降量計算
　　當(dāng)?shù)叵滤�位降深H1≤6.0m時，
　　（2.3）
　　當(dāng)?shù)叵滤�位降�?.0m＜H1≤9.5m時（本工程最大降深9.5m），
　　
　　（2.4）
　　3基坑工程降水引起的地面沉降分析
　　3.1水位降深與地面沉降關(guān)系
　　地下水降深分別為1.0m、2.0m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、7.0m、8.0m、9.0m時，不同地下水位降深的總沉降量s計算結(jié)果見表3。
　　表3不同水位降深的沉降量s
　

　　由已經(jīng)計算的沉降結(jié)果得地下水位降深與沉降量間的關(guān)系見圖1。
　　
　　圖1水位降深與沉降量間關(guān)系圖
　　Fig.1relationshipbetweenthewaterlevelandthesettlement
　　由圖1可知，地下水位降深越大沉降量越大，其最大沉降量為35.0mm左右；土層的壓縮模量也嚴(yán)重影響著沉降量，降深為9.0m時的沉降量與降深為6.0m時的沉降量差異很小，主要是因為6.0m至9.0m內(nèi)的土層為礫石，其壓縮模量很大。綜上所述，降水所引起的地面沉降與水位降深呈正比，與壓縮模量呈反比[2,3]；水位降深越大沉降量越大，壓縮模量越大沉降量越小。
　　由結(jié)果還可以得出，如果原地下水位面與降水后地下水位面間的土層為礫石等壓縮模量較大的土層時，在不考慮滲流所引起的地面沉降時，可以不考慮因降水引起的地面沉降對周圍建筑物或地下管線的影響。
　　3.2離基坑距離與地面沉降關(guān)系
　　根據(jù)庫薩金公式求得其降水影響半徑為131.8m。結(jié)合本工程中的數(shù)據(jù)，用降水影響線方程[4]求出各水位降深處離井點中心的距離，繪制距基坑距離與地面沉降關(guān)系圖。如圖2所示。
　　
　　圖2離基坑距離與地面沉降量關(guān)系圖
　　Fig.2relationshipbetweendistancetofoundationpitandgroundsettlement
　　由圖可知，模擬所得的地面最大沉降量約為35mm，隨著離基坑距離增加曲線的斜率逐近減小，這說明離基坑越近，單位間距內(nèi)地面沉降增量越大，所造成的差異沉降越明顯，其差異沉降量越大，從而更易使周圍建筑物因差異沉降而破壞。
　　在離基坑10m處的沉降量只有5.0mm左右，對10m外的建筑所造成的影響不大，因此離基坑10m遠(yuǎn)的中關(guān)大廈受此降水方案的影響不大；在離基坑50m處的沉降量僅有1.0mm左右，因此該降水和支護(hù)方案對50m外建筑物的影響可以忽略不計；在離基坑1.0m處的沉降量高達(dá)27.3mm，因此在西側(cè)距離紅線1m左右（局部至紅線）有高壓線和電信線，需要將高壓線和電信線采取有效措施后方可施工。
　　4工程實測
　　在此基坑工程進(jìn)行降水過程中，對西側(cè)距1m處的高壓線和電信線進(jìn)行了搬移，同時分別對距基坑1.0m和5.0m處進(jìn)行了沉降位移監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，距基坑1.0m處的最大沉降位移達(dá)到了30.1mm，而在距基坑5.0m處的最大位移僅4.6mm。實踐證明，理論分析結(jié)果與現(xiàn)場施工所造成的實際沉降量基本吻合，對工程實踐起了很好的指導(dǎo)作用。
　　5結(jié)論
　　（1）降水所引起的地面沉降與降深呈正比，與壓縮模量呈反比，降深越大沉降量越大；土體的壓縮模量越大，地面沉降量越小；當(dāng)?shù)叵滤�降深范圍�?nèi)只有卵石等壓縮模量很大的土層時，在不考慮滲流所引起的地面沉降時，可以不考慮降水對地面沉降的影響。
　　（2）由于降水形成降落漏斗，因而離基坑（降水井點）距離不同而沉降量不同，離基坑越近，單位間距內(nèi)地面沉降增量越大，所造成的差異沉降越明顯，差異沉降量越大。因此離基坑越近的周圍建筑物或周圍地下管線，越易導(dǎo)致破壞。
　　（3）降水影響半徑約為131.8m，最大沉降量約為35mm。在離基坑10m處的沉降量只有5.0mm左右，因此該降水方案和支護(hù)方案對10m外的建筑所造成的影響不大；在離基坑50m處的沉降量僅有1.0mm左右，因此該降水和支護(hù)方案對50m外建筑物的影響可以忽略不計；在離基坑1.0m處的沉降量高達(dá)27.3mm，因此在西側(cè)距離紅線1m左右（局部至紅線）有高壓線和電信線，需要將高壓線和電信線采取有效措施后方可施工。
　　（4）在基坑降水過程中的實測監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，距基坑1.0m處的最大沉降位移達(dá)到了30.1mm，而在距基坑5.0m處的最大位移僅4.6mm。證明理論分析結(jié)果與現(xiàn)場施工所造成的實際沉降量基本吻合，對工程實踐起了很好的指導(dǎo)作用。
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