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1、浅析基坑降水对邻近建（构）筑物影响的研究现状及发展方向工程科技?24l-浅析基坑降水对邻近建(构)筑物影响的研究现状及发展方向王晓理赵敏(西安工业大学,建筑工程学院,陕西西安710032)摘要:基坑工程的增多与发展,使基坑降水对邻近建(构)筑物影响的研究日趋重要.在浅析基坑降水对邻近建(构)筑物影响的研究现状的基础上,对其发展方向进行分析探讨,为基坑降水工程的进行提供了理论基础.关键词:基坑;降水;变形;现状随着城市建设的飞速发展,城市高层,超高层建筑和大中型地下市政设施日益增多,基坑的面积和深度在向大而深的方向发展.基坑施工中必然要进行地下水位的降低,这就会造成邻近建(构)筑物和地下设施的变
2、形,对邻近建(构)筑物产生不良影响.1基坑降水概述在深基坑施工中,基坑降水是一项重要内容.基坑工程施工过程中进行降水,可以提高土体强度,减小坑后水压力,防止流砂等渗流破坏,稳定边坡,但基坑降水必然引起周围地基中应力场的改变和地下水位的变化,降低地下水位将造成邻近建筑物和地下设施的附加沉降,对周围环境产生不良影响,甚至出现工程事故,如建筑物开裂,基坑周围地下水管及煤气管爆裂等.据不完全统计,仅上海市区近几年由于基坑降水或其他原因导致地下水位的涨落就引发多起工程事故事例,有些还造成了较为严重的后果.城市中的深基坑工程大多处在密集的建筑群中,施工场地狭窄,有些工程的基础还紧邻已有构筑物或建筑物的基础
3、.基坑降水引起邻近建筑沉降是一个复杂的综合性问题,如果再考虑开挖的影响就更复杂,特别是在特殊的不良的土层中,问题更加尖锐.所以,在基坑开挖降水时,如何正确进行降水,对基坑支护设计和施工有重要的意义.2基坑降水对邻近建(构)筑物影响的研究现状2.1基坑降水工程的起始20世纪80年代中期,随着改革开放的逐步深入,经济建设迅猛发展,我国开始出现深基坑,出现了两层地下室,开挖深度8m左右.进入20世纪90年代,我国的高层和超高层建筑进入迅速发展的阶段.如上海高层建筑已超过2000幢.工程实践的增多促进了基坑工程学科的发展和支护结构形式的多样化.城市地下空间的开发和高层建筑的出现产生了大量的深基坑工程,
4、因为深基坑的出现,住房面积的空间使用问题得到了明显的改善,当前城市状况已经开始呈现出向空中和地下发展的趋势.但是,随之而来的技术难题,也给现在的研究者们增加了不少麻烦.在这些难题中,基坑降水是最重要的一项.2-2国内外研究现状基坑降水引起邻近建筑物变形归根结底是基坑周围土体固结的结果,而基坑降水引起的周围土体沉降是由于降水后土体中有效应力增加而导致的结果,属于地面沉降计算理论的范畴.但降水引起的地面沉降不同于单纯应力作用下的地面沉降而是渗流场与应力场的耦合作用的结果,所以本节首先阐述渗流一应力耦合问题研究现状,再阐述降水引起的地面沉降计算理论的研究现状.2.2.1基坑降水过程中渗流一应力耦合问
5、题的研究现状1925年太沙基(Terzaghi)针对饱和土提出了有效应力原理和一维固结理论,首次建立了渗流场与应力场的相互关联方程.后来太沙基(Terzaghi)和伦杜立克(Rendulic)将此扩展到准三维固结方程f扩散方程).比奥(Biot)在1941年提出了更为严格的三维固结理论.这个理论考虑了土骨架和孔隙水的相互作用.比奥沿用太沙基的有效应力原理,从土体的平衡微分方程,几何方程,土骨架的本构方程,渗流微分方程,建立了线弹性的三维固结方程.比奥固结理论的基本特点是它将土体内各点处压力之和不随时间而变的假设,把孔隙水压力消散紧密地与土的位移变形联系在一起.这使得它对渗流土体固结的估算比Te
6、rzaghiRcndulic的三维固结理论更符合实际.但TerzaghiRendulic的三维固结理论简单,目前在工程界仍有广泛的应用.在国内,沈珠江首先把Biot固结理论有限元法应用于固结分析,他对位移和孔隙水压力都取线性插值函数;殷宗泽等根据流量平衡的概念,结合虚位移原理得到了类似的方程;龚晓南采用等价值点流量等于等价值点压缩量的粘土饱和条件推导了Blot固结理论的连续性方程.孙钧领导的学科组首先进行了将渗流,粘弹塑性,遇水膨胀特性同时考虑的耦合模型的试验和二维数值分析研究,并将成果成功运用到某水电站承压引水隧洞的建设上.2.2.2降水引起的地面沉降计算理论的研究现状1976年Goldbe
7、rg等人研究了墙体最大侧移,最大地表沉降及沉降分布形态,并将墙体变形和地表沉降分布形态与开挖深度及土层条件联系起来.1981年0Rourke分析了基坑开挖及其相关工程活动引起的土体变形,指出基坑开挖前期的工程活动如降水,围护结构施工,桩基施工等会对土体的变形产生影响.直到近代数值方法出现为止,沉降分析方法一般有两个步骤组成,即:a.表面荷载作用下压缩土层中应力增量的确定;b.采用土的应力一应变关系f如用固结试验得到)估算这些应力增量所引起的沉降量.使土体产生变形的原因主要是土体中应力状态的改变,如:地面荷载引起地基中应力场的改变,在地基中产生附加应力;地基中地下水位的变化;振动对地基的影响等.
8、而对于基坑工程中涉及渗流引起的沉降问题尚无很好的计算方法,目前常采用数值方法来分析.虽然数值方法中的有限元法能使各种非常复杂的问题得以解决,但是采用有限元法计算量大,耗机时多,在一定程度上又限制了其在工程中的广泛应用.3基坑降水对邻近建(构)筑物影响研究的发展方向虽然基坑降水问题已经被日趋重视,降水工程也日益增多,但目前关于降水影响的理论研究还不全面,不能满足降水实际工程的要求,应在以下方面加强研究:3.1降水工程环境的复合性研究:复杂工程环境状况下,基坑支护结构,地下水位高低,土体和周边邻近建筑物及其它构筑物之间的共同作用,邻近建筑物的变形以及在开挖过程中建筑结构的内在反应,抽取地下水的变化
9、引起建筑物变形的改变等方面.3.2地下水渗流影响的研究:本文研究的重点是降水过程中形成稳定降水后的影响,没有考虑地下水渗流力,如何考虑渗流力的影响,是一个值得进一步研究的方向.33加强理论与实际的结合:目前,基坑降水对邻近建(构)筑物影响的理论研究方法主要是以数值分析为主,以工程概况为依据,采用数值模拟方法对基坑工程中考虑抽取地下水引起邻近建筑物的变形进行模拟分析,找到降水深度对邻近建(构)筑物变形的影响规律,进而指导工程施工.这要求我们要加强理论与实际的结合,做好理论指导实践.参考文献1张永波,孙新忠.基坑降水工程M1.北京:地震出版社,2000.2大钊,孙钧.深基L-Y-ffM.北京:机械工业出版社,2002.3AbdulazizI,ManaG,WayneGlough.PredictionofMovementforBracedCutsinClay.ASCEVo1.107No.GT6,1981.4】金小荣,俞建霖,祝哨晨等.基坑降水引起周围土体沉降分析lJ1.岩土力学,2005(10):15761580.
