深基坑外回灌对地连墙变形影响的数值分析
【摘要】以Biot方程为基础，应用数值方法分析了深基坑外回灌对基坑围护地连墙作用。以上海某深基坑回灌施工为例，验证了计算的准确性。通过参数分析，研究了回灌井施工的封堵效果以及回灌井与地连墙的距离变化对地连墙变形的影响。在数值分析的基础上对城市密集区域深基坑外回灌施工提出了一些建议。 【关键词】深基坑 回灌 地连墙 数值分析 1 引言
随着城市建设的发展，建筑基坑施工规模和深度不断增加，基坑降水引起的地面沉降及工程场地附近构筑物的变形引起了人们的关注。为了降低坑内降水的环境效应，通常采取坑外回灌的措施来减少坑外土体的沉降变形。但是目前国内对于坑外回灌系统的设计、施工还处于经验摸索阶段[1]。国内外对于地下水回灌的研究已有半个多世纪[7; 4]，关于回灌作用时自由场地下水的流场[6; 5]、地表回弹已有一定的理论[3]、试验[2]成果。然而对于基坑工程施工过程中，回灌引起的超孔压水头对结构的影响还鲜有研究。受工程场地的限制，回灌井一般根据施工现场实际情况布置。已有工程经验表明，回灌井工作过程中对基坑的围护结构受力及坑内外水头等均有明显的影响。本文结合工程实例，从数值分析的角度，研究了回灌作业对基坑地连墙水平方向的变形的影响。 2 计算模型 2.1简化分析模型介绍
结合工程施工实际情况，同时考虑到计算的简便，本文采用平面应变假设分析了基坑围护中部地连墙在回灌作用下的变形。计算模型简化为图1，假定基坑开3挖深度为D时开始坑外回灌，回灌井距离地连墙的距离d，由于回灌井较深，实际施工过程中很难保证将过滤器上部土体与钢管之间的空隙充填密实，设该段松散体从地连墙底部开始的高度为h，本文考虑了其变化对地连墙变形的影响。
图1平面简化分析模型 2.2控制方程
本文采用Biot方程为土体的控制方程，即
上式中、为位移场函数，为海床土骨架体积压变，为超孔隙水压力，、为Lame常数（，为Poisson比。），、为海床在水平和竖直方向上的渗透系数，为孔隙率，为孔隙水的压缩系数。 在本文的算例中，基坑开挖面和坑外地表为自由边界，地连墙支撑处为固定约束，模型的底部及侧部边界条件为固定约束及不透水界面，回灌井底部孔压为第一类边界条件，即为回灌压力。
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COMSOL Multiphysics为计算工具来计算方程组（1）、（2）、（3）在边界条件（4）下的解。 2.3工程实例分析
上海某超高层项目位于上海市浦东新区陆家嘴贸易区，本工程地下4层，本工程基坑面积约3万?O，裙楼区域开挖深度20.30m，塔楼区域开挖深度23.25m～28.30m。为了减小由于抽水引起周边马路及管线的影响，沿基坑外侧布设了若干回灌井。
场地内自地表面140.0m深度范围内所揭露的土层，主要有软弱的粘性土，粉性土和中密～密实的砂土组成，具有成层分布的特点。本场地内对工程有影响的地下水属于潜水类型，水位埋深为0.3～1.5m。地下水高水位埋深为0.5m，低水位埋深为1.5m。本场地在深度约29m以下的第7层草黄色粉性土、砂土层和约75m以下的第9层灰色砂土层为承压含水层，本场地第7层和第9层承压水贯通，根据上海市长期观测调查，其水位埋深呈周期性变化，一般为3.0～12.0m。
本工程基坑开挖深度按20.3m考虑，承压水位埋深按5.5m考虑，验算承压含水层的上覆土重与承压水头之比小于1.05，因此可以判定：基坑开挖20.3m时，本场地第一承压含水层第⑦层承压水对基坑产生不利影响，需采取相应的降水防护措施，确保基坑安全。为了减小抽承压水对坑外环境的影响，在抽承压水的同时，采取坑外回灌的措施。回灌深井孔径为650mm，井管过滤器内层为圆孔过滤器，外包缠丝，外层为桥式过滤器，管外回填中粗砂滤料。
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