麥 揚(yáng)

(上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200438)

0 引言

隨著城市發(fā)展，在有限的城市空間內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)活動(dòng)越來(lái)越頻繁。工程建設(shè)的任何過(guò)程都將對(duì)周圍環(huán)境造成影響，客觀存在的環(huán)境條件給工程建設(shè)帶來(lái)了極大的難度，同時(shí)對(duì)工程建設(shè)提出了更高的技術(shù)要求。通過(guò)大量工程實(shí)踐，人們對(duì)工程活動(dòng)中周圍地下管線保護(hù)、臨近建筑物保護(hù)、一般地下設(shè)施保護(hù)等積累了大量的成功經(jīng)驗(yàn)。但開(kāi)挖深度超過(guò)20 m，基坑開(kāi)挖面積達(dá)2.5萬(wàn)m2逆作法施工的深基坑尚不多見(jiàn)，施工監(jiān)測(cè)也多是僅僅停留在提供報(bào)警的水平上。對(duì)于在松軟土地區(qū)復(fù)雜周邊環(huán)境和地質(zhì)條件下開(kāi)挖深度超過(guò)20 m的超深基坑來(lái)說(shuō)，工程難度大，必須在施工過(guò)程中進(jìn)行綜合的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，全面了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化施工參數(shù)，指導(dǎo)施工，并且根據(jù)監(jiān)測(cè)信息和施工參數(shù)的變化規(guī)律預(yù)測(cè)下一步施工工況，及時(shí)提出應(yīng)對(duì)措施。本文在工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，充分分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)了復(fù)雜環(huán)境和地質(zhì)條件下超深基坑的變形特征。

1 工程概況

虹口商城項(xiàng)目位于中山北一路(內(nèi)環(huán)高架)東側(cè)、花園路北側(cè)、西江灣路以西，商城主樓為40層的酒店，地塊東側(cè)沿西江灣路布置，裙樓包括10層大型購(gòu)物中心，8層，9層輔助用房，地下5層地下車庫(kù)及設(shè)備用房，總建筑面積約230 000 m2。

據(jù)基坑設(shè)計(jì)方案，地下結(jié)構(gòu)區(qū)域的基坑為一不規(guī)則多邊形結(jié)構(gòu)，橫向最大跨距為220 m，豎向最大跨距為125 m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，墻深約42 m，墻厚為1 000 mm，局部考慮1 200 mm，主樓區(qū)域開(kāi)挖深度約為22.0 m，內(nèi)設(shè)5道鋼筋混凝土梁、板和支撐，其中±0.00 m層及地下一層樓面為梁板結(jié)構(gòu)，地下二、三、四層樓面為無(wú)梁樓蓋，采取逆作法施工，為國(guó)內(nèi)近年來(lái)少見(jiàn)的兩墻合一的大型深基坑。

進(jìn)入基坑工程施工影響范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物主要有運(yùn)營(yíng)中的軌道交通8號(hào)線隧道區(qū)間及軌道交通8號(hào)線虹口足球場(chǎng)站、軌道交通3號(hào)線及軌道交通3號(hào)線虹口足球場(chǎng)站，內(nèi)環(huán)線高架，一幢兩層配電房，多幢居民樓;進(jìn)入基坑工程施工影響范圍內(nèi)的地下綜合管線主要為中山北一路、花園路和西江灣路上的部分管線。

本基坑的場(chǎng)地地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)使用主要土層參數(shù)見(jiàn)表1。

淺部地下水屬潛水類型，本場(chǎng)地第⑦層屬于第一承壓水含水層，現(xiàn)場(chǎng)勘察在注水試驗(yàn)孔中對(duì)第⑦層承壓水頭進(jìn)行了量測(cè)，根據(jù)表1其水位埋深為8.8 m～11.2 m，水位超過(guò)基坑開(kāi)挖深度，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中必須降低承壓水，以避免產(chǎn)生管涌、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

表1 基坑場(chǎng)地土層參數(shù)表

2 技術(shù)難點(diǎn)

在巖土工程中，由于地下構(gòu)筑物的受力狀態(tài)和力學(xué)機(jī)理是一個(gè)非常復(fù)雜的課題，所以迄今為止，巖土工程還是一門不夠嚴(yán)謹(jǐn)、不完善、不夠成熟的科學(xué)技術(shù)。無(wú)論用何種計(jì)算方法，設(shè)計(jì)的定量計(jì)算往往不夠精確，計(jì)算結(jié)果往往只是一個(gè)大概可能的數(shù)值。對(duì)于虹口區(qū)此類缺乏類似深基坑工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的區(qū)域，基于勘察報(bào)告和傳統(tǒng)理論模式計(jì)算的基坑應(yīng)力，變形參數(shù)是否能肯定保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)備到底有多少，以及一旦發(fā)生危機(jī)應(yīng)從何處采取何種補(bǔ)救措施，此類問(wèn)題的解決必須依靠嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)作為決策的參考。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

本工程首先進(jìn)行大基坑的施工，大基坑施工過(guò)程中自2008年4月正式針對(duì)大基坑施工開(kāi)展了監(jiān)測(cè)工作，2009年12月大基坑完工后針對(duì)大基坑的監(jiān)測(cè)工作結(jié)束;2010年4月，小基坑開(kāi)始施工，針對(duì)小基坑的監(jiān)測(cè)工作啟動(dòng)，至2010年12月小基坑施工完成，整個(gè)監(jiān)測(cè)工作結(jié)束。以大基坑逆作法施工為例，施工階段劃分如下:第一階段:大基坑坑內(nèi)降水、土方開(kāi)挖;第二階段:大基坑坑內(nèi)降水、土方開(kāi)挖、上部結(jié)構(gòu)施工;第三階段:大基坑地下結(jié)構(gòu)施工及養(yǎng)護(hù)、上部結(jié)構(gòu)施工、坑外承壓水回灌。大基坑施工各階段相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)如下。

3.1 壓頂梁垂直位移監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目基坑監(jiān)測(cè)工作結(jié)束時(shí)壓頂梁典型測(cè)點(diǎn)垂直位移變化曲線見(jiàn)圖1。

圖1 壓頂梁垂直位移變化曲線

從圖1中可以看出:圍護(hù)壓頂梁在開(kāi)挖過(guò)程中受坑底土體卸載后回彈影響，各測(cè)點(diǎn)均表現(xiàn)為一個(gè)波浪式的抬升現(xiàn)象，伴隨著挖土過(guò)程圍護(hù)頂部均有較明顯的抬升過(guò)程;基坑大底板澆搗后，圍護(hù)壓頂梁各變形測(cè)點(diǎn)逐漸趨于穩(wěn)定。

3.2 圍護(hù)墻體變形監(jiān)測(cè)

基坑部分圍護(hù)墻體深層側(cè)向位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變形數(shù)據(jù)及變形曲線見(jiàn)表2，圖2。

表2 圍護(hù)墻體變形監(jiān)測(cè)表

圖2 圍護(hù)墻體變形曲線圖

從圖表中可以看出:圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測(cè)孔最大側(cè)向位移出現(xiàn)的位置與基坑開(kāi)挖深度吻合得較好，各測(cè)孔最大側(cè)向位移基本出現(xiàn)在基坑開(kāi)挖面以上約3 m處(基坑挖深約22 m)。

從本工程各測(cè)斜孔的變形數(shù)據(jù)來(lái)看，各測(cè)斜孔變化情況與逆作法支撐體系形成時(shí)間密切相關(guān);其變形量與施工周期長(zhǎng)短、無(wú)支護(hù)暴露時(shí)間有很大的正比關(guān)系。

3.3 立柱及永久柱垂直位移監(jiān)測(cè)

立柱樁在開(kāi)挖過(guò)程中受坑底土體卸載后回彈影響，各測(cè)點(diǎn)均表現(xiàn)為向上抬升，伴隨著挖土過(guò)程立柱樁有較明顯的抬升過(guò)程，基坑大底板澆搗后，立柱樁垂直位移趨于穩(wěn)定且略有下沉趨勢(shì)。原因可作如下解釋:大面積土方開(kāi)挖時(shí)，土體卸荷量相當(dāng)大，坑底土因卸荷產(chǎn)生較大隆起，帶動(dòng)立柱樁一起抬升;基坑大底板澆搗后，基坑卸載影響結(jié)束，受地下結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)荷載壓重影響，立柱樁垂直位移趨于穩(wěn)定且略有下沉趨勢(shì)。圖3為壓頂梁、立柱垂直位移等值線圖，由圖可以看出，基坑周圈靠近地墻區(qū)域等值線較為密集，代表該區(qū)域隆起量存在較大差異;基坑中部等值線較為稀疏，代表基坑中部區(qū)域隆起量差異較小。

3.4 支撐、梁板應(yīng)力監(jiān)測(cè)

地下一層支撐、梁板應(yīng)力的變化曲線見(jiàn)圖4。

在逆作法施工時(shí)的梁及樓板，主要承擔(dān)著來(lái)自水平向的水、土壓力，因此其主要表現(xiàn)為壓應(yīng)力。土方開(kāi)挖時(shí)，鄰近的支撐、梁板應(yīng)力迅速增加。基坑分塊開(kāi)挖施工，各支撐軸力變化時(shí)間存在一定差異;基坑長(zhǎng)邊的南北向梁板的ZL1-4梁板鋼筋應(yīng)力值較大，截止2009年12月28日，累計(jì)變化量已達(dá)-169.9 MPa;大底板澆筑后其受力變化已基本穩(wěn)定。

圖3 壓頂梁、立柱垂直位移等值線圖

圖4 地下一層支撐、梁板應(yīng)力變化曲線

3.5 三號(hào)線一側(cè)的地表垂直位移剖面監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目大基坑監(jiān)測(cè)工作結(jié)束時(shí)，地表垂直位移剖面測(cè)點(diǎn)累計(jì)垂直位移統(tǒng)計(jì)成表3。

表3 地表垂直位移剖面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表 mm

將P1-i地表沉降剖面各測(cè)點(diǎn)累計(jì)垂直位移量繪制成地表剖面沉降槽曲線，如圖5所示。

圖5 地表沉降剖面垂直位移曲線

圖5中，X軸代表測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值，測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值為其到圍護(hù)墻體的距離值(如P1-1測(cè)點(diǎn)至圍護(hù)墻體距離為5 m，則P1-1測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值為5);Y軸代表測(cè)點(diǎn)累計(jì)垂直位移量。

由圖5可以看出，距基坑最近的測(cè)點(diǎn)，其垂直位移量最大，隨著測(cè)點(diǎn)至距離的增加，垂直位移量呈減小趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本工程逆作法施工的特點(diǎn)，結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中的圍護(hù)變形和內(nèi)力、水土壓力、深層土體水平位移及地下水位觀測(cè)成果進(jìn)行綜合分析，研究了逆作法開(kāi)挖模式下的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形特點(diǎn)以及環(huán)境和基坑圍護(hù)之間的變形發(fā)展規(guī)律及影響因素，總結(jié)和積累了大量的逆作法工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及工程經(jīng)驗(yàn)，以指導(dǎo)后續(xù)工程施工?？偨Y(jié)本工程監(jiān)測(cè)工作，有以下幾個(gè)特點(diǎn):

1)全面系統(tǒng)的基坑監(jiān)測(cè)體系確保了極為復(fù)雜環(huán)境下逆作法基坑順利施工。2)立柱樁垂直位移監(jiān)測(cè)為逆作法施工提供了全面、有效的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)支撐。3)分析了逆作法基坑在開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力和變形變化，研究了樓板和梁作為水平支撐體系的作用。

［1］劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［2］陳忠漢，黃書秩，程麗萍.深基坑工程［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］衛(wèi) 雪，任絨絨.深基坑工程發(fā)展概述［J］.山西建筑，2012，38(7):62-63.