金 甌，胡正華，陳成振

(1.溫州建設(shè)集團(tuán)公司，浙江 溫州 325027;2.浙江大學(xué) 巖土工程研究所，杭州 310027)

1 工程概況

本文采用的工程實(shí)例為某軟黏土地基高速鐵路車站深基坑工程。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，該場(chǎng)地屬江海沖積平原地貌單元。場(chǎng)地地下水類型主要是第四系松散類孔隙水，分為孔隙潛水和孔隙承壓水兩大類。淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層填土及粉土、粉砂中，補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水及地表水，并與河塘呈互為補(bǔ)給關(guān)系，地下水位隨季節(jié)性變化，與錢塘江江水具水力聯(lián)系。靜止水位埋深1.4～3.9 m，相應(yīng)高程3.52～4.98 m。場(chǎng)地年平均最高地下水位為地表下0.50 m左右，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)及場(chǎng)地環(huán)境，地下水流速較小?；悠矫鎴D如圖1所示。

2 施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

結(jié)合設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)情況，必須做如下項(xiàng)目測(cè)試:①坑外地下水位觀測(cè);②地表沉降監(jiān)測(cè);③墻頂、墻身水平位移監(jiān)測(cè);④支撐軸力監(jiān)測(cè);⑤房屋沉降及傾斜監(jiān)測(cè);⑥管線沉降及位移。

2.1 連續(xù)墻位移觀測(cè)點(diǎn)

在連續(xù)墻頂打入或埋入鋼制測(cè)釘，頂部露出地面約3～5 cm并磨成凸球面，周圍用混凝土加固。

在墻體的42個(gè)部位各布置1只水平位移測(cè)孔(測(cè)斜管)，管長(zhǎng)以墻體高度為準(zhǔn)。依照設(shè)計(jì)位置，在墻體中預(yù)先埋設(shè)測(cè)斜管，測(cè)斜管的管口用封蓋蓋好并做好保護(hù)箱，避免測(cè)斜管被損壞。

圖1 基坑平面示意

2.2 鋼支撐軸力觀測(cè)

在鋼支撐端部安裝反力計(jì)，一共埋設(shè)25個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)上設(shè)1個(gè)反力計(jì)，用頻率計(jì)測(cè)讀。

2.3 鄰近建筑物傾斜監(jiān)測(cè)

該基坑施工影響的建筑物主要有變電所、消防大隊(duì)內(nèi)樓等建筑，我們將在上述建筑物的基礎(chǔ)、墻面上預(yù)鉆孔至結(jié)構(gòu)層，將L型鋼筋埋入，鋼筋上部磨成凸球型，并澆注混凝土予以固定，如圖2所示。

2.4 基坑周圍地表沉降觀測(cè)

在觀測(cè)點(diǎn)處打入或埋入鋼制測(cè)釘，頂部露出地面約3～5 cm并磨成凸球面，見(jiàn)圖3。

2.5 地下水位的監(jiān)測(cè)

圖2 地面建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)示意

圖3 地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)示意

1)測(cè)點(diǎn)埋設(shè):測(cè)點(diǎn)埋設(shè)采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆直徑φ89 mm孔，水位孔的深度在最低設(shè)計(jì)水位之下(坑外孔深同基底，坑內(nèi)孔深達(dá)到基坑底下1～2 m)。成孔后放入裹有濾網(wǎng)的水位管，管壁與孔壁之間用凈砂回填至離地表0.5 m處，再用黏土進(jìn)行封填，以防地表水流入。水位管用φ55 mm的PVC塑料管作濾管，管底加蓋密封，防止泥砂進(jìn)入管中。下部留出0.5～1.0 m深的沉淀管(不打孔)，用來(lái)沉積濾水段帶入的泥砂。中部管壁周圍鉆6～8列 φ6 mm孔，縱向間距5～10 cm，相鄰兩列的孔交錯(cuò)排列，呈梅花形布置。管壁外包扎濾網(wǎng)或土工布作為過(guò)濾層，上部再留出0.5～2.0 m不打孔作為管口段，以保證封口質(zhì)量(如圖4)。

圖4 地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意

2)量測(cè)及計(jì)算:通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)出孔口高程H，將探頭沿孔套管緩慢放下，當(dāng)測(cè)頭接觸水面時(shí)，蜂鳴器響，讀取測(cè)尺讀數(shù) h，則地下水位 Hw=H-h。兩次觀測(cè)地下水位之差即水位的升降數(shù)值。

2.6 地下管線沉降觀測(cè)

對(duì)于鑄鐵管、鋼管等材質(zhì)且埋深較淺的管道，可采用直接法布點(diǎn)。首先開(kāi)挖至管道深度，將鋼筋焊接于管線的頂部并引至地表。對(duì)于埋深較淺的煤氣管道，則考慮采用抱箍法，即特制兩個(gè)對(duì)開(kāi)的箍，環(huán)抱管道，用鋼筋引出地面。

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的對(duì)比

3.1 連續(xù)墻位移對(duì)比分析

現(xiàn)在從5-5剖面(見(jiàn)圖1)分析連續(xù)墻的位移規(guī)律，表1給出了有限元計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)值的比較。

表1 實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的比較

從表1可以看出，有限元計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)測(cè)位移有一定的差異。其中工況一計(jì)算得的位移值比實(shí)測(cè)的小很多，其可能的原因是施工過(guò)程中，施工方在打完連續(xù)墻之后，進(jìn)行了淺層土體的開(kāi)挖，并進(jìn)行了導(dǎo)墻的施工。這樣在架設(shè)第一道支撐之前停滯了很長(zhǎng)一段時(shí)間，造成了連續(xù)墻持續(xù)變形的積累，使得在第一道鋼支撐架設(shè)時(shí)連續(xù)墻的位移已經(jīng)變大，從而造成了實(shí)測(cè)值比計(jì)算值大一些的結(jié)果。

工況二、三計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合得較好，因?yàn)樵趯?shí)際施工過(guò)程中該階段施工較為順利。工況四、五中，計(jì)算所得作用深度最大值比實(shí)測(cè)的深一些，這一現(xiàn)象的形成，說(shuō)明了實(shí)際工程中的施工情況與計(jì)算工況有所不同。造成這一現(xiàn)象的原因可能是，在施工過(guò)程中，基坑周圍的荷載堆積比較多，由于工地施工場(chǎng)地的限制，鋼支撐經(jīng)常會(huì)放置在基坑周圍，也方便鋼支撐的吊放，還有塔吊等重型機(jī)械會(huì)在基坑周圍移動(dòng)、停放，這些基坑周圍的移動(dòng)荷載會(huì)對(duì)連續(xù)墻的位移造成一定的影響，特別是對(duì)連續(xù)墻上面4～5 m部分的位移影響更大。因此，這有可能會(huì)造成連續(xù)墻在較淺的位置產(chǎn)生最大的位移，而不是計(jì)算所得的較深的位置。

從三個(gè)剖面的數(shù)值模擬來(lái)看，位移曲線的變化規(guī)律還是比較一致的。由于開(kāi)挖的基坑寬度不同以及架設(shè)鋼支撐的不同，位移曲線會(huì)略有不同。大體上在地面以下7～8 m處出現(xiàn)最大位移，最大位移值與基坑開(kāi)挖深度及基坑開(kāi)挖寬度有關(guān)，基坑開(kāi)挖深度相同，開(kāi)挖的寬度越大，最大位移值也會(huì)越大。如5-5剖面開(kāi)挖的寬度6.3 m，最大位移值為7.361 mm;7-7剖面開(kāi)挖寬度21.3 m，最大位移值10.159 mm;4-4剖面開(kāi)挖寬度12.2 m，最大位移值8.358 mm。當(dāng)然位移值的大小也與基坑周圍的土質(zhì)情況有關(guān)。

基坑連續(xù)墻最大側(cè)移為基坑開(kāi)挖深度的0.1%～0.6%，平均值為0.3%。連續(xù)墻側(cè)向變形形態(tài)通常為深層凸鼓形，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部和底部側(cè)向變形較小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移點(diǎn)深度一般位于開(kāi)挖面以上1.5 m至開(kāi)挖面以下7 m范圍。

3.2 地表沉降分析

對(duì)于數(shù)值計(jì)算來(lái)說(shuō)，對(duì)比三個(gè)剖面的地表沉降，可以看出沉降變化的總體趨勢(shì)是一致的。在基坑開(kāi)挖的初期，基坑附近的土體有輕微的隆起，但在實(shí)測(cè)中很難有所反應(yīng)。主要是因?yàn)槭┕さ挠绊懀又車h(huán)境比較復(fù)雜，堆積物也比較多，很難體現(xiàn)土體的隆起。隨著基坑的開(kāi)挖，在基坑周邊的土體會(huì)沉降較大。本文所采用的實(shí)例中，基坑開(kāi)挖15 m對(duì)基坑邊10 m以內(nèi)的范圍影響較大，10 m外的沉降比較均勻，沉降值與實(shí)測(cè)值吻合比較好。有差異的測(cè)點(diǎn)有可能是在實(shí)際施工過(guò)程中地面車輛以及堆載引起的誤差。

3.3 鋼支撐軸力的比較分析

對(duì)比三個(gè)剖面的支撐軸力，變化規(guī)律是比較一致的。表2所示為4-4剖面鋼支撐軸力對(duì)比結(jié)果。

表2 4-4剖面鋼支撐軸力對(duì)比分析 kN

從表2的對(duì)比可以看出，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值還是比較吻合的。第一、二道支撐在架設(shè)后軸力逐漸增大，在架設(shè)第三道支撐前達(dá)到較大值。第三道支撐架設(shè)完畢后，前兩道支撐的軸力明顯下降。第三道支撐軸力也是逐漸增大，在架設(shè)第四道支撐前達(dá)到較大值，在第四道支撐架設(shè)后明顯下降，每道支撐都有這樣的規(guī)律。應(yīng)注意在新的支撐架設(shè)之后不要使上層支撐軸力下降為0，以免造成鋼支撐的掉落，導(dǎo)致施工事故。施工過(guò)程中應(yīng)及時(shí)檢查第一道支撐的軸力是否較小，因?yàn)殇撝尾荒艹惺芾?，一旦軸力較小或?yàn)?之后，很容易造成鋼支撐的掉落，極易造成人員傷亡的慘劇。因此，施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)人員應(yīng)特別注意這點(diǎn)。

在基坑開(kāi)挖初期，一般計(jì)算的軸力小于實(shí)測(cè)值，可能是鋼支撐在架設(shè)初期還沒(méi)充分發(fā)揮其作用，隨著基坑內(nèi)土體的開(kāi)挖鋼支撐軸力逐漸發(fā)揮。在基坑開(kāi)挖深度較深時(shí)，實(shí)測(cè)值明顯比計(jì)算值要大，這是因?yàn)閷?shí)際開(kāi)挖階段基坑周圍的情況比較復(fù)雜，對(duì)支撐軸力影響比較大，在數(shù)值模擬中很難全面考慮。

4 結(jié)論

本基坑工程位于飽和淤泥質(zhì)軟土地層中，地下水豐富，土體強(qiáng)度極低，以地下連續(xù)墻做為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用4～5道φ609鋼管支撐，形成了剛度較大的支護(hù)體系。數(shù)值模擬結(jié)果表明，連續(xù)墻位移、鋼支撐軸力、地表位移等滿足設(shè)計(jì)的要求，且整體效果較好。

總體來(lái)看，用Plaxis模擬基坑開(kāi)挖的過(guò)程，能夠基本反應(yīng)基坑變形、破壞的規(guī)律，但基坑在實(shí)際施工過(guò)程中，基坑的變形、支撐軸力等受基坑周圍的環(huán)境影響很大?；又車倪^(guò)度堆載，基坑邊車輛的運(yùn)行、停放，都可能導(dǎo)致地表沉降增大，連續(xù)墻位移變大，鋼支撐軸力變大。如果堆載不對(duì)稱，還有可能導(dǎo)致基坑兩側(cè)向一個(gè)方向傾斜的現(xiàn)象，對(duì)基坑的穩(wěn)定十分不利。施工過(guò)程中由于各種原因的延期施工，對(duì)已開(kāi)挖的基坑十分不利，由于停滯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成位移的積累，對(duì)施工安全不利。

［1］劉建航，候?qū)W淵.基礎(chǔ)工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997:159-162.

［2］唐世強(qiáng).地鐵深基坑支護(hù)體系內(nèi)力及變形規(guī)律分析［J］.鐵道建筑，2008(11):35-39.

［3］奚光宇.北京地鐵明挖基坑的監(jiān)控量測(cè)［J］.鐵道建筑，2010(12):53-56.

［4］朱伯芳.有限單元法原理及應(yīng)用［M］.北京:水利電力出版社，1979.

［5］陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1989.

［6］俞建霖，趙榮欣，龔曉南.軟土地基基坑開(kāi)挖地表沉降量的數(shù)值研究［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，32(1):95-101.