坑降水对周围建筑物不均匀沉降影响论文

坑降水对周围建筑物不均匀沉降的影响
【摘要】：本文结合具体工程实例，通过分析基坑的水文和工程地质条件，并采用合理支护措施，对基坑降水引起的周围建筑物沉降进行计算和监测分析，研究了基坑降水对周围建筑物沉降的影响。

【关键词】：坑降水；建筑物；不均匀沉降
中图分类号：g267 文献标识码：a 文章编号：
引言
基坑工程降水对周围地表沉降的影响己引起广泛关注，地面沉降对环境和工程危害极大，将导致地面及建筑物的裂缝、基础下沉、房屋倾斜和地下管网无法正常使用(严重的引起断裂)。

一、工程概况
广州市轨道交通三号线北延段燕塘站位于广汕路与燕塘小区燕兴路的交叉口处。

站地周边建筑物密集，主要有燕岭大厦、燕侨大厦、人行天桥、禺东西立交桥及周边住宅楼。

燕塘站地铁车站深基坑处于建筑物密集区，广汕路又为城市道路的主干道之一，深基坑的建设对周围环境影响比较大。

燕岭大厦距离基坑46m，在基坑开外过程中，沉降变形比较小而平稳；但是，距离竖井只有10m，在竖井建设过程中，靠近竖井的监测点沉降数据比较大。

燕岭大厦的沉降变形受车站深基坑和竖井施工的共同影响，主要还是受竖井开挖的影响。

其中在建设过程监测点最大沉降值达114mm，此时正是竖井开挖到8m深的时候，再加
之竖井连续前施工采用冲孔桩连续墙施工，长期震动也加剧周围建筑物的沉降变形。

燕侨大厦距离基坑最近约10m，受基坑建设影响比较大，在保证支护结构变形的情况下，主要受深基坑降水影响明显。

坑内降水，使建筑物周围及下方土体发生固结变形，导致上层建筑物及周边发生不均匀沉降变形。

大厦周围地表发生沉降错台现象，建筑物外表的瓷砖也发生不同程度的脱落，墙壁也有开裂处，裂缝达2~3mm。

为了防止沉降的发展，采用袖阀管注浆加固和地面注浆加固，沉降逐渐变缓，效果明显。

住宅楼受基坑开挖的影响比较大。

住宅楼一栋距离基坑13.7m，二栋距离基坑18m，主要受基坑开挖变形和基坑内降水影响。

由于建筑物距离竖井比较远，可以不考虑竖井建设的影响。

随着基坑开挖深度的加大，坑内降水也在加深，导致周围土体的沉降变形，建筑物的沉降监测数值也逐渐增大，直到基坑底板浇筑完成，沉降值趋于稳定。

二、基坑开挖降水对周围环境影响的现状研究
1、基坑开挖降水引起周围地表沉降机理的研究
基坑开挖后，由于坑壁侧壁土被挖除的卸载作用，改变了原场地土体的平衡条件，无论是放坡开挖还是有围护结构支护开挖，土体都将在新的力系作用下产生相应的变形，最终达到新的平衡；而根据实际工程的需要，大部分基坑工程都要伴随着降水的进行，这又影响到了土体中水的渗流场，随着地下水水位的下降，土层中的含
水量减小，使浮托力减小，等于增加了附加荷重，使土产生固结、压缩，土体产生变形。

这种土体的变形就表现为基坑周围地表的沉降变化。

2、基坑开挖降水引起周围地表沉降计算方法的研究、
人们对地表沉降计算的研究由来已久，提出了许多不同的计算理论和计算模型。

由最初假设土体是均质各向同性的线弹性体发展到考虑土体的非均质性各向异性以及非线性，应力也从只考虑单向应力发展到考虑三向应力。

特别是近几十年来，随着电子计算机的迅速发展和在数值计算方面的应用，沉降分析方法得到了很大的发展。

目前最常用的计算方法可以分为两大类，一类是经典的沉降分析方法:在荷载作用下地基中附加应力场是根据半空间各向同性弹性体理论计算的，土的压缩性则由根据一维压缩试验测定的参数来表征，并采用分层总和法计算地基的最终沉降量。

还有一类就是数值分析法:其基本思路是将原来连续的求解区域划分成网格或单元子区域，在其中设置有限个离散点，将求解区域中的连续函数离散为这些节点上的函数值，通过某种数学原理，将作为控制方程的偏微分方程转化为代数方程，求解代数方程以获得求解函数的节点值。

数值方法中，应用比较广泛的有限差分法(fdm)、有限单元法(fem)、边界元法(bem)、有限分析法(fam)和有限体积法(fvm)。

三、降水引起的沉降分析
1、微观三相分析
粘性土颗粒外围是一层薄膜水。

土粒间的接触往往是以薄膜水为中介，通过薄膜水将力传给相邻土粒。

受力后，接触点处的薄膜水部分地被挤开，土粒靠得更紧，总体上就表现为土体的压缩。

土中的水，压缩性也很小，可以认为是不可压缩的。

在饱和土体中，土的压缩、土粒错动必须与水的挤出相联系。

而粘性土中水的挤出是需要时间的，这取决于土的渗透性。

水的存在使骨架的压缩延缓。

土中的空气具有两重性质：一是可以压缩，二是可以流动排出。

这两种性质都会导致土体的压缩。

土孔隙中的空气，就像无数的小气球，受力后气球立即收缩；另一方面收缩后的气球的气压升高，与外界大气之间形成压差，就使空气逐步流出。

气体的压缩虽然也有一个过程，但很短，可以认为是立即完成的；气体的排出，对砂土、砾石也是较快的，但对粘性土则要一个较长的过程。

2、太沙基一维固结原理，真三维固结
太沙基(1923)给出了土体的一维固结理论和一维固结微分方程，并认为地层压缩取决于孔隙水压力的消散，其渗流符合达西定律。

截止目前，这一方法采用比较广泛，但其假设条件过于苛刻，即仅考虑了孔隙水位对粘性土层压缩的影响，而对土层的不均一性和岩性对土层压缩的影响，在此理论中难以得到反映，所以通过反算的参数与实验室获取的值往往相差较大。

biot(1941)根据有效应力原理，土的连续条件和平衡方程，直接从弹性理论出发给出了biot固结理论模型。

该模型从理论上说是严格的，它不仅考虑了孔隙水压力(孔隙水位)的分布情况，而且考
虑了任何复杂的边界条件、荷载条件、土层情况等。

3、沉降计算
基础最终沉降量计算方法有弹性理论法，分层总和法，应力历史法，应力路径法和斯肯普顿—比伦法，其中以分层总和法较为方便实用，采用侧限条件下的压缩性指标，以地基压缩层深度范围内的各分层计算压缩量加以总和。

第二以规范修正公式最为接近实测值，它运用了简化的平均附加应力系数，规定了合理的地基变形计算深度，还有配套的各种变形特征的建筑物地基变形允许值。

在国际上，黏性土地基表面沉降大都采用斯肯普斯—比伦计算，由瞬时沉降，固结沉降，次固结沉降三分量相加得总沉降量。

四、降水前后自重应力的变化对不均匀沉降的分析
基坑工程要伴随着降水的进行，这影响到了土体中水的渗流场，随着地下水水位的下降，土层中的含水量减小，使浮托力减小，等于增加了附加荷重，使土产生固结、压缩，土体产生变形。

这种土体的变形就表现为基坑周围地表的沉降变化。

含水或饱和含水的土层，是由固相的土和液相的孔隙水组成的两相介质。

土体所受的荷载，由土粒和孔隙水共同承担。

当土体中的孔隙水被疏干或部分疏干后，土体内孔隙水被排出，孔隙水所承担的应力减小，土粒所承担的应力增加，即土的有效应力增加，从而使土体产生固结压密。

结束语
从工程中可以得出以下结论：
（1）在抽水前必须预估算抽水给建筑物带来的不均匀沉降，要
求不均匀沉降量，必须满足规范要求。

（2）如果计算不符合要求，可以通过做止水帷幕的方式，利用止隔水材料，将基坑围起来，使坑内地下水与坑外地下水系统隔离，切断外界对坑内的水源补给。

然后在坑内抽排水也就不会对周边地质环境造成破坏，杜绝了地下水位下降引发的各种工程问题。

参考文献
[1]沈保汉.桩基与深基坑支护技术进展[m].北京:知识产权出版社，2006.
[2]余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[m].北京:中国建筑工业出版社，2000.
[3]许锡昌，徐海滨，陈善雄.深井降水对支护结构和周边建筑物影响的研究[j].岩石力学与工程学报，2005.。