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【摘要】在对高水位场地进行深基坑设计和施工往往会受到相关因素的影响，因为降水开挖会导致局部水文地质条件发生变化，并且这和支护结构和周边环境之间是相互制约的关系。本文对基坑止水帷幕分为三种嵌固模式，每种模式的渗流变化特征和支护结构及地面变形的影响程度进行了讨论，希望具有借鉴意义。
【关键词】支护结构；受力；地面变形；基坑开挖；降水影响
一、引言
基坑受到降水和土体开挖的影响，其原始地层水上平衡状态被破坏。其内部土体在卸荷过程中会导致墙体沿着基坑内方向移动，基坑底部土体会因为卸载二逐渐隆起，墙后土体会因为墙体水平位移和降水固结的情况逐渐发生基坑外部土体沉降情况，基坑支护结构位移、坑外土体沉降和坑底回弹隆起主要是水土压力和支护体系共同影响下表现出的一种平衡的表现。地下水在流动的过程中会对岩土体和支护结构产生一定的影响，这种影响的力度呈现出增大的趋势，当影响扩大到最大程度，就会酿成无可挽回的趋势，所以对于深基坑工程降水和开挖工作，一定要确保其基坑的安全，对基坑外土体变形进行控制，这样才能确保建筑物和市政工程等的合理运行，
二、中环一号基坑工程概况及现场监测结果
为了得到研究结果，对本市工程中环一号进行了介绍，对其工程地质水文等进行了分析，对深基坑支护、降水回灌和开挖支撑等设计方案进行了分析，最终得出以下结论。第一是降水和回灌，坑内降水井在工作过程中对基坑外附近的地下水产生一定的影响，地下水位因此降低，和坑外水位变化一样，当降低到五米左右，地下水的梯度和斜率等能达到最大状态，如果降到七百七十米，水利梯度和变化速率就会逐渐趋于平缓，水位降低速度也会逐渐减慢。对于基坑内外水力关系，采用帷幕方式难以正常隔断，这就增加了地下水渗流的途径，导致坑外水位变低，落后坑内水位下降时间，因为地下水水量的抽取和补给很均衡，这个时候采用回灌能保证基坑外水位能有效恢复。第二是基坑周边地面沉降，因为子啊基坑内部，由于受到降水的影响，导致了外部地面沉降，沉降地方在降水停止后开始固结，如果降雨频繁，基坑外水位会导致地面沉降更加显著。如果不采用回灌方式，会导致沉降效果更显著，采用回灌，沉降趋势不高，这主要是因为基坑外水位下降、孔隙水压力减小、自重应力扩大等因素具有具有重大关系。第三地下连续墙体水平位移，因为中环一号地下连续墙主要是第三种形式，其限制主要是侧向支撑，断面会存在鼓形趋势，水平位移量最大时候不是墙顶，而是开挖深度最大而逐渐缩小的，对水平支撑进行合理设置能极大的缩减墙体水平位移量，对墙体位移形式产生改变。实际设计过程中，最需要进行风险控制的关键点是长边中的点位移程度进行控制，其中长边重点时，墙体水平位移最大，每条边角点处水平位移量最小。第四，地下连续墙及水平支撑内力，如果开挖深度进一步加大，在对土体进行开挖的过程中，要对支撑物进行设置，其支撑物的轴力会因此不断下移，连续墙水平支撑总轴力变化趋势会因此增大，墙后土体主动土压力会因为深度不断增长，其压力也不断上升，如果继续开挖，达到基底后，其总轴力会达到五千牛顿，并且支撑力也会因此增加到最大程度。并保证每个撑力时间都稳定在五到十天，开挖过程要保证开挖和支撑能及时合理，不能出现支撑滞后的情况，当连续墙体位移不断上升，基坑很难稳定。
三、降水和回灌组合的方式对支护结构受力和地面变形的影响
对工程中环一号所在地常见的典型地层分类，按照止水帷幕底部可能嵌固地层透水性质可以分为不同的三种嵌固模式，按照数值模拟方法FLAC3D计算软件对这三种渗流模型进行了分析，综合的分析了基坑在降水时候基坑附近土体和支护结构产生的影响和变化趋势。通过中环一号开挖降水工况俩对FLAC模型进行分析，主要有侧向固定水头和上部固定水头两种方式。
第一是嵌固模式，中环一号所在地属于多元结构组合，河流流向是南北方向，水位上主要是北部高而南部较低，在地层上土块颗粒主要是从粗到细的方向，这就到汾河低阶地地层进行了简化，其主要具有三元结构，按照帷幕底部可能嵌入的地层透水性质可以将其划分三种嵌固模式。其渗流特征主要是第一类嵌固模式基坑内属于二维流，这种平面渗流没有隔水的边界，降水井的形式不是很完整，第二类嵌固模式属于三维流模式，其空间渗流模式没有具体的隔水边界，关于第三种嵌固模式，其基坑主要是二维流，属于平面渗流模式，有明显的隔水边界情况。第一类嵌固模式对附近环境具有非常大的影响，第二类嵌固模式对环卫影响次之，第三类对附近环境的影响非常小，如果按照稳定性来说，第一类嵌固模式稳定性最小，第二类次之，第三类嵌固模式具有非常高的稳定性。
第二是对侧向固定水头和上部固定水头中降水回灌的组合。子啊水头固定边界中，侧向固定水头位置主要是第一类和第二类嵌固形式，这种情况下，止水的帷幕难以将基坑内外水力联系场進行隔断，而采用上部固定水头位置主要在降水帷幕能对基坑的内外地下水联系进行切割的第三种嵌固模式下进行应用，这两种对水头位置进行固定的方法，其位置主要有以下特点，它们的基坑地表存在着沉降情况，基地土体具有回弹隆起的情况，墙体水平存在着位移的变化行为，其变化的规律具有一致性。如果对地面沉降进行分析，降水回灌组合方式最有利的属于分步降水加回灌，其次是一次降水回灌、分步降水不回灌，最差的是一次降水不回灌，对于墙体变形和基地隆起，最优的是分步降水不回灌，最差的是一次降水和回灌，在具有应用过程中应该具体问题具体分析，按照不同的特点对回灌组合方式进行综合应用。采用人工回灌能保证承压含水层水位开始上升，并保证上部土地存在回弹，对降水进行有效控制，这种方式对工程地面沉降最为有效，基坑外范围内，回灌井在0.5-1.0H最好。处在侧向固定水头位置的第二个嵌固模式工况计算结果和实际结果相当吻合，水平位移吻合非常高。
第三是基坑内外静动水压力，基坑降水和回灌都可能因为坑内外水压力产生，采用降水卸荷方式，基坑外会存在一定的孔隙水压力，但是基坑底会产生一定的负孔压，水头差会导致水体渗流力发生变化，当基坑静水压力和动水压力相比过大，就会产生一定的渗透力，并对墙体产生一定的不稳定情况，轴力逐渐增大，弯矩也会持续增多，这种情况对地面变形非常有利，会导致固结情况减小，如果动水压力大于静水压力，这就会导致有效应力逐渐减小，基坑底部开始隆起，渗流坑底隆起大多属于塑性隆起，回弹点是向地墙靠拢，如果不对渗流进行考虑，会导致坑底塑性隆起不明显，回弹点逐渐向中间聚合，然而在回灌作用下，土体回弹量要比不回灌情况有所增大。如果说要对回灌渗流的作用进行考虑，要保证其沉降降低一半、坑底隆起增加百分之三十五，支护结构也要增加百分之三十，支护结构轴力要增加百分之十五。地下水对基坑具有一定的积极作用，主要表现为要对基坑外土体地面沉降进行削减，这就极大保护了周围环境，但是基坑外和基坑内的反向渗透力会引起基底隆起，坑外向下的渗透力导致基坑外土体渗透压密情况出现，这就对支护结构施加了一个向坑内的力。 四、水文地质条件转化对支护结构和地面变形的影响
对止水帷幕底部嵌固进入弱透水层的地层的方式进行分析，可以对固定水头边界条件模拟模型进行分析。第一，对场地地下水位进行改变，如果场地地下水位高，基坑内水位会存在降深增大的情况，地面变形量也会因此增大，降深会不断缩减，地面变形量会因为开挖深度不断加深而增大，抽水导致的水力梯度增大，降落漏斗也越大，会对基坑饱和孔隙水压力下降影响范围也越大。水位降低，水平支撑总轴力减小，支撑力发挥不足，刚度也没有得以发挥，地下水位越低，对基坑环境风险越小，当一定程度后，其刚度和撑力难以发挥，采用地下连续墙会加大施工成本，所以对于支护方式一定都要合理选择。第二，对土体模量进行改变，地表沉降量要随土体弹性模量呈反比例关系，地表沉降曲线会逐渐变陡，沉降和弹性模量会存在折线形分布，随着模型提高，滑移率也在增加，脱变形影响区域也在递减。第三，对土体渗透系数进行改变，帷幕外地面沉降曲线是凹字形，当渗透系数增加，曲线曲率会逐渐增陡，就会有非常明顯的渗流作用，沉降点到降水影响范围边界处是线性关系，这和水位降落漏斗斜率是一样的，如果斜率是正数，渗透系数逐渐增加，如果斜率减小，沉降变化减弱，影响范围缩小。第四，对回灌井和止水帷幕参数进行改变，回灌之后，沉降值缩小，双排回灌效果更好，沉降也会随着帷幕深度而减小，随着回灌井深度增加而递减，跟着回灌压力增大而减小，随着灌井不断增多而减少。
五、影响设计参数取值的因素分析
土体主要具有三相不均匀性、各向异性特征显著，因为取样方法和人为因素的关系，土体物理力学性质指标准确性也受到了影响，为了对模型计算结果进行分析，土体渗透系数和强度指标测试方法等对其影响最大。对渗透系数进行研究可以得出，在对土体进行取样和试验的过程中，对土样扰动程度有大小之分，土体中孔隙水压力和土体颗粒粒径级配都能对土体渗透性能带来影响，现场抽水试验费用高、工期长，而室外渗透试验很科学合理。
参考文献：
[1]李峰.桩锚土钉复合支护基坑施工时变力学研究[D].郑州大学，2010.
[2]李立军.双排桩支护结构的数值分析与现场试验研究[D].太原理工大学，2013.
[3]相兴华.基坑开挖与降水对支护结构受力及地面变形影响的研究[D].太原理工大学，2013.
[4]宗金辉.深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究[D].天津大学，2006.
[5]李琳.工程降水对深基坑性状及周围环境影响的研究[D].同济大学，2007.
[6]丁勇春.软土地区深基坑施工引起的变形及控制研究[D].上海交通大学，2009.
[7]陈敬.地铁深基坑支护结构受力分析[D].西南交通大学，2011.
[8]马郧.武汉长江Ⅰ级阶地超深基坑支护结构设计参数选取与变形关系研究[D].中国地质大学，2014.
作者简介：吴孙武 ，男，1988.09，在读硕士研究生，研究方向：地下工程。
【关键词】支护结构；受力；地面变形；基坑开挖；降水影响
一、引言
基坑受到降水和土体开挖的影响，其原始地层水上平衡状态被破坏。其内部土体在卸荷过程中会导致墙体沿着基坑内方向移动，基坑底部土体会因为卸载二逐渐隆起，墙后土体会因为墙体水平位移和降水固结的情况逐渐发生基坑外部土体沉降情况，基坑支护结构位移、坑外土体沉降和坑底回弹隆起主要是水土压力和支护体系共同影响下表现出的一种平衡的表现。地下水在流动的过程中会对岩土体和支护结构产生一定的影响，这种影响的力度呈现出增大的趋势，当影响扩大到最大程度，就会酿成无可挽回的趋势，所以对于深基坑工程降水和开挖工作，一定要确保其基坑的安全，对基坑外土体变形进行控制，这样才能确保建筑物和市政工程等的合理运行，
二、中环一号基坑工程概况及现场监测结果
为了得到研究结果，对本市工程中环一号进行了介绍，对其工程地质水文等进行了分析，对深基坑支护、降水回灌和开挖支撑等设计方案进行了分析，最终得出以下结论。第一是降水和回灌，坑内降水井在工作过程中对基坑外附近的地下水产生一定的影响，地下水位因此降低，和坑外水位变化一样，当降低到五米左右，地下水的梯度和斜率等能达到最大状态，如果降到七百七十米，水利梯度和变化速率就会逐渐趋于平缓，水位降低速度也会逐渐减慢。对于基坑内外水力关系，采用帷幕方式难以正常隔断，这就增加了地下水渗流的途径，导致坑外水位变低，落后坑内水位下降时间，因为地下水水量的抽取和补给很均衡，这个时候采用回灌能保证基坑外水位能有效恢复。第二是基坑周边地面沉降，因为子啊基坑内部，由于受到降水的影响，导致了外部地面沉降，沉降地方在降水停止后开始固结，如果降雨频繁，基坑外水位会导致地面沉降更加显著。如果不采用回灌方式，会导致沉降效果更显著，采用回灌，沉降趋势不高，这主要是因为基坑外水位下降、孔隙水压力减小、自重应力扩大等因素具有具有重大关系。第三地下连续墙体水平位移，因为中环一号地下连续墙主要是第三种形式，其限制主要是侧向支撑，断面会存在鼓形趋势，水平位移量最大时候不是墙顶，而是开挖深度最大而逐渐缩小的，对水平支撑进行合理设置能极大的缩减墙体水平位移量，对墙体位移形式产生改变。实际设计过程中，最需要进行风险控制的关键点是长边中的点位移程度进行控制，其中长边重点时，墙体水平位移最大，每条边角点处水平位移量最小。第四，地下连续墙及水平支撑内力，如果开挖深度进一步加大，在对土体进行开挖的过程中，要对支撑物进行设置，其支撑物的轴力会因此不断下移，连续墙水平支撑总轴力变化趋势会因此增大，墙后土体主动土压力会因为深度不断增长，其压力也不断上升，如果继续开挖，达到基底后，其总轴力会达到五千牛顿，并且支撑力也会因此增加到最大程度。并保证每个撑力时间都稳定在五到十天，开挖过程要保证开挖和支撑能及时合理，不能出现支撑滞后的情况，当连续墙体位移不断上升，基坑很难稳定。
三、降水和回灌组合的方式对支护结构受力和地面变形的影响
对工程中环一号所在地常见的典型地层分类，按照止水帷幕底部可能嵌固地层透水性质可以分为不同的三种嵌固模式，按照数值模拟方法FLAC3D计算软件对这三种渗流模型进行了分析，综合的分析了基坑在降水时候基坑附近土体和支护结构产生的影响和变化趋势。通过中环一号开挖降水工况俩对FLAC模型进行分析，主要有侧向固定水头和上部固定水头两种方式。
第一是嵌固模式，中环一号所在地属于多元结构组合，河流流向是南北方向，水位上主要是北部高而南部较低，在地层上土块颗粒主要是从粗到细的方向，这就到汾河低阶地地层进行了简化，其主要具有三元结构，按照帷幕底部可能嵌入的地层透水性质可以将其划分三种嵌固模式。其渗流特征主要是第一类嵌固模式基坑内属于二维流，这种平面渗流没有隔水的边界，降水井的形式不是很完整，第二类嵌固模式属于三维流模式，其空间渗流模式没有具体的隔水边界，关于第三种嵌固模式，其基坑主要是二维流，属于平面渗流模式，有明显的隔水边界情况。第一类嵌固模式对附近环境具有非常大的影响，第二类嵌固模式对环卫影响次之，第三类对附近环境的影响非常小，如果按照稳定性来说，第一类嵌固模式稳定性最小，第二类次之，第三类嵌固模式具有非常高的稳定性。
第二是对侧向固定水头和上部固定水头中降水回灌的组合。子啊水头固定边界中，侧向固定水头位置主要是第一类和第二类嵌固形式，这种情况下，止水的帷幕难以将基坑内外水力联系场進行隔断，而采用上部固定水头位置主要在降水帷幕能对基坑的内外地下水联系进行切割的第三种嵌固模式下进行应用，这两种对水头位置进行固定的方法，其位置主要有以下特点，它们的基坑地表存在着沉降情况，基地土体具有回弹隆起的情况，墙体水平存在着位移的变化行为，其变化的规律具有一致性。如果对地面沉降进行分析，降水回灌组合方式最有利的属于分步降水加回灌，其次是一次降水回灌、分步降水不回灌，最差的是一次降水不回灌，对于墙体变形和基地隆起，最优的是分步降水不回灌，最差的是一次降水和回灌，在具有应用过程中应该具体问题具体分析，按照不同的特点对回灌组合方式进行综合应用。采用人工回灌能保证承压含水层水位开始上升，并保证上部土地存在回弹，对降水进行有效控制，这种方式对工程地面沉降最为有效，基坑外范围内，回灌井在0.5-1.0H最好。处在侧向固定水头位置的第二个嵌固模式工况计算结果和实际结果相当吻合，水平位移吻合非常高。
第三是基坑内外静动水压力，基坑降水和回灌都可能因为坑内外水压力产生，采用降水卸荷方式，基坑外会存在一定的孔隙水压力，但是基坑底会产生一定的负孔压，水头差会导致水体渗流力发生变化，当基坑静水压力和动水压力相比过大，就会产生一定的渗透力，并对墙体产生一定的不稳定情况，轴力逐渐增大，弯矩也会持续增多，这种情况对地面变形非常有利，会导致固结情况减小，如果动水压力大于静水压力，这就会导致有效应力逐渐减小，基坑底部开始隆起，渗流坑底隆起大多属于塑性隆起，回弹点是向地墙靠拢，如果不对渗流进行考虑，会导致坑底塑性隆起不明显，回弹点逐渐向中间聚合，然而在回灌作用下，土体回弹量要比不回灌情况有所增大。如果说要对回灌渗流的作用进行考虑，要保证其沉降降低一半、坑底隆起增加百分之三十五，支护结构也要增加百分之三十，支护结构轴力要增加百分之十五。地下水对基坑具有一定的积极作用，主要表现为要对基坑外土体地面沉降进行削减，这就极大保护了周围环境，但是基坑外和基坑内的反向渗透力会引起基底隆起，坑外向下的渗透力导致基坑外土体渗透压密情况出现，这就对支护结构施加了一个向坑内的力。 四、水文地质条件转化对支护结构和地面变形的影响
对止水帷幕底部嵌固进入弱透水层的地层的方式进行分析，可以对固定水头边界条件模拟模型进行分析。第一，对场地地下水位进行改变，如果场地地下水位高，基坑内水位会存在降深增大的情况，地面变形量也会因此增大，降深会不断缩减，地面变形量会因为开挖深度不断加深而增大，抽水导致的水力梯度增大，降落漏斗也越大，会对基坑饱和孔隙水压力下降影响范围也越大。水位降低，水平支撑总轴力减小，支撑力发挥不足，刚度也没有得以发挥，地下水位越低，对基坑环境风险越小，当一定程度后，其刚度和撑力难以发挥，采用地下连续墙会加大施工成本，所以对于支护方式一定都要合理选择。第二，对土体模量进行改变，地表沉降量要随土体弹性模量呈反比例关系，地表沉降曲线会逐渐变陡，沉降和弹性模量会存在折线形分布，随着模型提高，滑移率也在增加，脱变形影响区域也在递减。第三，对土体渗透系数进行改变，帷幕外地面沉降曲线是凹字形，当渗透系数增加，曲线曲率会逐渐增陡，就会有非常明顯的渗流作用，沉降点到降水影响范围边界处是线性关系，这和水位降落漏斗斜率是一样的，如果斜率是正数，渗透系数逐渐增加，如果斜率减小，沉降变化减弱，影响范围缩小。第四，对回灌井和止水帷幕参数进行改变，回灌之后，沉降值缩小，双排回灌效果更好，沉降也会随着帷幕深度而减小，随着回灌井深度增加而递减，跟着回灌压力增大而减小，随着灌井不断增多而减少。
五、影响设计参数取值的因素分析
土体主要具有三相不均匀性、各向异性特征显著，因为取样方法和人为因素的关系，土体物理力学性质指标准确性也受到了影响，为了对模型计算结果进行分析，土体渗透系数和强度指标测试方法等对其影响最大。对渗透系数进行研究可以得出，在对土体进行取样和试验的过程中，对土样扰动程度有大小之分，土体中孔隙水压力和土体颗粒粒径级配都能对土体渗透性能带来影响，现场抽水试验费用高、工期长，而室外渗透试验很科学合理。
参考文献：
[1]李峰.桩锚土钉复合支护基坑施工时变力学研究[D].郑州大学，2010.
[2]李立军.双排桩支护结构的数值分析与现场试验研究[D].太原理工大学，2013.
[3]相兴华.基坑开挖与降水对支护结构受力及地面变形影响的研究[D].太原理工大学，2013.
[4]宗金辉.深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究[D].天津大学，2006.
[5]李琳.工程降水对深基坑性状及周围环境影响的研究[D].同济大学，2007.
[6]丁勇春.软土地区深基坑施工引起的变形及控制研究[D].上海交通大学，2009.
[7]陈敬.地铁深基坑支护结构受力分析[D].西南交通大学，2011.
[8]马郧.武汉长江Ⅰ级阶地超深基坑支护结构设计参数选取与变形关系研究[D].中国地质大学，2014.
作者简介：吴孙武 ，男，1988.09，在读硕士研究生，研究方向：地下工程。