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基坑開挖對鄰近防汛墻安全影響分析

文檔作者：陳凱文檔來源：上海市建T設(shè)計(jì)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月12日
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器基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程
Foundation＆Structure Engineering
基坑開挖對鄰近防汛墻安全影響分析
陳凱
(上海市建T設(shè)計(jì)研究院有限公司．上海200050)
摘要：以某鄰近防汛墻的地下道路基坑施工為例，為減小基坑開挖對防汛墻安全的影響，采用有限元方法對基坑開挖
過程進(jìn)行數(shù)值模擬，同時(shí)結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)判斷基坑開挖對防汛墻的影響程度，以此作為基坑設(shè)計(jì)的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：基坑開挖；防汛墻；有限元分析；相互影響
中圖分類號：TU 753 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1009—7767(2016)05—0174—05
Influence Analysis of Foundation Pit Excavating on
Adjacent Flood Prevention Wall Safety
隨著各大中城市地下建筑工程的飛速發(fā)展．地下
建筑工程鄰近河道施工的情況日益普遍?；娱_挖產(chǎn)
生的土體位移可能會(huì)對河道防汛墻的安全產(chǎn)生影響．
情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及河道防汛安全。因此，合理評估基
坑開挖對河道防汛墻的影響顯得尤為重要。下面以某
地下道路工程為例，分析基坑開挖對鄰近防汛墻的影
響，以指導(dǎo)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及滿足工程的實(shí)施要求。
1 工程概況
北橫通道新建工程中江路主線位于上海市光復(fù)
西路南側(cè)，蘇州河北岸，瀘定路與中江路之間．長約
599 m，通道凈寬一般約22 m(局部匝道合流點(diǎn)約42 m)，
底板埋深為從接地點(diǎn)位置～17．2 m：瀘定路出口長約
196 m，通道凈寬一般約7．5 m．底板埋深為從接地點(diǎn)位
置～10．1 m；瀘定路入口長度約236m，通道凈寬一般
約7．5 m，底板埋深為從接地點(diǎn)位置～12．5 m。中江路明
挖段平面圖如圖l所示。
蘇州河防汛墻已經(jīng)過改建，如圖2所示。新防汛
墻分為2級擋墻，其中一級擋墻采用L型懸臂式混凝
土擋墻，墻高約0．5 m，寬度3．5 m，擋墻踵下采用鋼筋
混凝土預(yù)制板樁(規(guī)格為300 mmx500 mmxl4 000 mm
174．事葒故木2016 No．5(Sep．)V01．34
⑧齜針
。‘／／／／／／／／／／ 保護(hù)建筑
毆區(qū)受囂盈盈防汛墻一圾擋墻
與300 mmx500 mm×15 000 mm)和預(yù)制方樁(規(guī)格為
300 mmx350 mmxl2 000 ram@1 000 mm與300 mmx
400 mmxl5 000 mm@l 500 mm)；二級擋墻為L型懸臂
式混凝土擋墻，墻高約1．8 in，寬度1．8 m。
萬方數(shù)據(jù)
基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程器
Foundation&amp;amp;Structure Engineering
／
規(guī)劃河道直線
／防汛墻設(shè)計(jì)巖線
。規(guī)劃設(shè)計(jì)高水位4．79。(近期)衛(wèi)些I
5．50 市政道路恢復(fù)
． 豆
1—4．77m(遠(yuǎn)期)4．60m(現(xiàn)狀) ■h蕾五3．85
蘇可
?？谠O(shè)計(jì)常水位2．50～3．50m — J
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州一氣綴彩＼‘弱彩切少7蘭筍
圣規(guī)劃設(shè)計(jì)低水位1’50。m：。水F混凝土填實(shí)／i》
于弋一一≯叫飆牡娠／ b
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規(guī)劃河底標(biāo)高一．，—’、習(xí)‘
澆結(jié)構(gòu)全部結(jié)攜拆目
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300x500x15伽O鋼筋混凝土預(yù)制板樁／’
一12．00
?！觯骸灰灰?
一級擋墻距離基坑最近約4．6 m：二級擋墻大部分
與基坑平面重疊．需進(jìn)行鑿除。施工前將對一級擋墻
進(jìn)行接高加固。
為了減小對鄰近防汛墻的影響，基坑采用分區(qū)開
挖．第1階段施工防汛墻北側(cè)主線基坑，第2階段施
工匝道3瀘定路出El基坑。
防汛墻北側(cè)主線基坑寬度一般約23 m，局部匝道
分合流點(diǎn)位置最大寬度約43．6 in。基坑南北兩側(cè)開挖
深度不同，南側(cè)開挖深度為9．39～16．20 m，北側(cè)開挖
深度為8．85～11．02 m。根據(jù)不同開挖深度，圍護(hù)采用
0850 mm SMW工法樁、600 mm厚和800 mm厚地下
連續(xù)墻，基坑南北高差處設(shè)置勿600 mm@750 mm鉆孔
灌注樁、0700 mm@500 mm雙軸水泥土攪拌樁重力式
擋墻，標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)1道混凝土支撐及l(fā)～2道鋼支撐，匝
道分合流點(diǎn)異型段設(shè)2道混凝土支撐，南線深坑處局
部增設(shè)l道混凝土支撐。地下連續(xù)墻采用鎖口管接頭。
匝道3瀘定路出口基坑寬度一般約9 m．開挖深
度為3．O～10．4 m(淺部考慮清除雜填土)?；觾H設(shè)單
側(cè)圍護(hù)，南側(cè)利用已完成的主線結(jié)構(gòu)，采用∥850 mm
SMW工法樁圍護(hù)。止水帷幕隔斷②，層。淺部豎向設(shè)
z4．00
慨填土,7=18．5
衛(wèi)一0．14
口，?；疑百|(zhì)粉土7=18．5
C=3 kPa
0=32．2
立一1．94
7=16．9
④灰色淤泥質(zhì)黏土C=13 kPa
0=12．5
1道鋼支撐，其余部位豎向設(shè)置1道混凝土支撐及
1～2道鋼支撐，圍護(hù)插入比為1：l～1．47。
2地質(zhì)水文情況
根據(jù)勘察結(jié)果。場地90 m深度范圍內(nèi)分布的土層
自上而下可劃分為9大層及若干亞層和透鏡體夾層．
其中①。層為填土，②?！?。層為全新世Q。沉積層，
⑥～⑨層為上更新世Q，沉積層。該工程基坑施工主要
涉及土層包括①。、②，、④、⑤。、⑤，、⑤4層，具體土層參數(shù)
如表l所示，基坑及圍護(hù)墻底部所處土層位置如圖3
所示。
根據(jù)勘察結(jié)果．地下潛水埋深為0．90～3．50 m，受
潮汐、降水量、季節(jié)、氣候等因素影響而變化。根據(jù)DGJ
08—37—2012《巖土工程勘察規(guī)范》第12．1條并結(jié)合上
海地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)可知：潛水埋深一般為0．3～1．5 m：
上海市年平均高水位埋深一般為0．5 m．低水位埋深為
1．5 m?；釉O(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算水位取地面下0．5 m。
3工程難點(diǎn)及應(yīng)對措施
1)②，層處理
該段場地②。層砂質(zhì)粉土分布較厚，對地下連續(xù)墻
成槽及基坑施工帶來不利影響，主要包括：
2016@@5期(9一)第34拳辛葒投木175
3
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&amp;amp;k爭 6
l
6
櫨＆站 2
0 灰 包黏 質(zhì)粉 E
萬方數(shù)據(jù)
器基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程
Foundation&amp;amp;Structure Engineering
表】地基土承載力建議值
①．
②3
④
⑤．
⑤，
⑤．
⑦，
①地下連續(xù)墻成槽易塌孔，對地下連續(xù)墻質(zhì)量及
周邊環(huán)境產(chǎn)生影響：
②地下水滲流易導(dǎo)致②，層粉性土發(fā)生流砂現(xiàn)象，
對基坑止水提出了更高的要求。
應(yīng)對措施：
①地下連續(xù)墻施工前采用水泥攪拌樁對②，層范
圍進(jìn)行槽壁加固，以保證成槽質(zhì)量；
②采用止水效果更好的0850 in SMW工法樁圍
護(hù)，用止水帷幕隔斷②，層。
2)南北線深淺坑處理
該段主線結(jié)構(gòu)由工作井處的上下疊層箱涵逐漸
平鋪展開，致使主線結(jié)構(gòu)南側(cè)與北側(cè)基坑深度不同，
需根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式選擇合理的圍護(hù)布置形式，如采
用深淺坑方案時(shí)需注意底板留縫導(dǎo)致的防水問題。
應(yīng)對措施：
①當(dāng)淺坑寬度(|s)小于2倍落差高度(日)時(shí)，將南
北兩線底板整體做平，統(tǒng)一兩側(cè)基坑深度；當(dāng)淺坑寬度
(5)大于2倍落差高度(日)時(shí)，按南北兩線實(shí)際埋深進(jìn)
行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?；影瓷顪\坑進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖4所示。
②深淺坑設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)深淺坑高差小于3．5 m時(shí)，高
差位置設(shè)置水泥攪拌樁重力式擋墻；當(dāng)深淺坑高差大
于3．5 m時(shí)．高差位置設(shè)置1排鉆孑L樁圍護(hù)并在局部架
設(shè)1道鋼支撐。
③為避免在淺坑底板處留設(shè)縱向施工縫，加厚淺
176啼葒投東2016 No．5(Sep．)V01．34
3 i j
北線l
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⑤。
⑦。
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一』H守蜘鬻
羈4基坑布置示意罔
坑墊層至300 mm起到臨時(shí)支撐作用．待整體開挖至深
坑坑底后回筑結(jié)構(gòu)。
3)蘇州河防汛墻保護(hù)
該工程長距離鄰近蘇州河防汛墻施工，其中瀘定
路人口坑邊距離防汛墻基本小于1倍開挖深度?；?
開挖對防汛墻產(chǎn)生的影響主要包括：
①坑內(nèi)土體卸荷及圍護(hù)變形引起防汛墻沉降及
水平位移；
②基坑降水、圍護(hù)滲漏導(dǎo)致地表水位降低。引起
防汛墻沉降等。
應(yīng)對措施：
①加大圍護(hù)插入比及支護(hù)剛度，瀘定路出口基坑
較深處采用鉆孔樁圍護(hù)：
②止水帷幕采用0850 mm三軸水泥攪拌樁(套接
一孔施工)；
萬方數(shù)據(jù)
③坑內(nèi)被動(dòng)土加固(采用力850 mm三軸水泥攪拌
樁)．加強(qiáng)基坑抵抗變形的能力。
4有限元計(jì)算分析
基坑開挖引起的土體位移對防汛墻的影響機(jī)理
較為復(fù)雜，為了更詳盡地評價(jià)基坑施工對防汛墻的影
響．采用有限元方法進(jìn)行數(shù)值模擬，同時(shí)結(jié)合實(shí)際工
程經(jīng)驗(yàn)來判斷基坑開挖對防汛墻的影響程度，以此作
為基坑設(shè)計(jì)的依據(jù)。
基坑圍護(hù)模擬過程中，針對不同分析對象采用了
不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系，具體如表2所示。分析模
型的豎向底部采用全自由度約束，側(cè)面采用法向約束。
由于基坑周邊行走挖土車輛，數(shù)值模擬過程中采用均
布面荷載來模擬基坑周邊超載，超載為20 kPa。
表2 分析單元類型與本構(gòu)模型表
該工程實(shí)施對蘇州河防汛墻的影響主要表現(xiàn)為
主線基坑施工與匝道基坑施工對防汛墻的疊加影響。
選取距離防汛墻最深處斷面，主線基坑段寬度約23 m，
深度約15．7 m，圍護(hù)采用800 mm厚地下連續(xù)墻，豎向
設(shè)l道800 mmx800 mm混凝土支撐及3道0609 mm
鋼管支撐：瀘定路出口基坑寬度約9m，深度約7．8 m，
圍護(hù)采用∥800 mm@l 000 mm鉆孔灌注樁，豎向設(shè)I道
700 mmx700 mm混凝土支撐及1道0609 mm鋼管支
撐。采用Plaxis有限元軟件進(jìn)行模擬，土層采用H—S
本構(gòu)模型．計(jì)算模型如圖5所示。
圖5計(jì)算模型
基坑開挖至坑底產(chǎn)生的土體總位移、水平位移云圖
基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程器
Foundation&amp;amp;Structure Engineering
如圖6、7所示，由土體位移引起的防汛墻水平位移、承
臺沉降、樁基水平位移如圖8所示。
虱6開挖至坑底時(shí)總位移云陶
圖7 開挖至坑底時(shí)水平位移云圖
根據(jù)《上海市地下公共工程建設(shè)防汛影響專項(xiàng)論
證報(bào)告編制導(dǎo)則》，一級防汛設(shè)施控制標(biāo)準(zhǔn)為：防汛設(shè)
施工程范圍內(nèi)地面施工期最大沉降不得大于3 cm；對
一級防汛工程設(shè)施．墻頂位移不得大于2 cm。
經(jīng)過分析．防汛墻最大水平側(cè)移為7．1l mm<20mm，
承臺最大沉降0．6 mm<30 mm，滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。
5保護(hù)措施
基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)采取的保護(hù)措施如下：
1)根據(jù)基坑周邊環(huán)境。確定基坑環(huán)境保護(hù)等級并
按此要求計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與變形情況。
2)加大圍護(hù)體及內(nèi)支撐剛度，控制圍護(hù)墻變形。
3)對基坑內(nèi)部坑底土體進(jìn)行裙邊+抽條加固，提高
被動(dòng)區(qū)土體強(qiáng)度，減小基坑變形。
4)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行基坑開挖，充
2016卑5搠(9一)第34卷辱葒故客177
萬方數(shù)據(jù)
器基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程
Foundation&amp;amp;Structure Engineering
?
2
X
一一卜
j鷲
輜
a)防汛墻水平位移
極值593．69×10。
'
2
X
、o
●卜
j鷲
輜
b)防汛墻承臺沉降c)防汛墻樁基水平位移
圖8防汛墻位移圖(in)
分利用“時(shí)空效應(yīng)”作用，開挖應(yīng)分層、分段進(jìn)行．做到
隨挖隨撐，減少基坑無支撐暴露時(shí)間。
5)基坑降水應(yīng)制訂合理的降水方案，依照“適時(shí)、
適量”的原則抽取地下水．避免過度降水對周邊環(huán)境
造成不利影響。
6)基坑與防汛墻之間設(shè)置補(bǔ)償注漿管。在基坑開
挖期間。根據(jù)施工期間監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行地層補(bǔ)償注漿。
7)基坑施工前，在防汛墻上設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，并
根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工速度和施工措施，做好應(yīng)
急預(yù)案。
6結(jié)論
筆者以北橫通道地下工程為研究背景，借助數(shù)值
模擬分析方法，建立了基坑開挖數(shù)值計(jì)算模型，對深
基坑開挖對鄰近防汛墻的影響進(jìn)行了研究。研究表明，
當(dāng)基坑臨近防汛墻施工時(shí)，需要嚴(yán)格控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的
變形，制定合理的基坑開挖及降水方案．在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測并制定應(yīng)急措施以確保施工安全。豳
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收稿日期：2016—03—07
作者簡介：陳凱，男，工程師．碩士，主要從事巖土工程設(shè)計(jì)工作。
(上接第124頁)
備費(fèi)69．83萬元。
3)對于區(qū)域積水問題，需借助水力模型工具進(jìn)行
動(dòng)態(tài)模擬，找到積水原因，并通過優(yōu)化分析找到最佳的解決方案，避免投資浪費(fèi)。嘲
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收稿日期：2016—03—24
作者簡介：沈小華，男，注冊公用設(shè)備工程師(給水排水)，碩士，主要
從事市政給水排水設(shè)計(jì)工作。

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