劉繼梅

（泛華建設(shè)集團有限公司，北京100070）

砂卵石地層樁撐支護體系明挖基坑施工變形規(guī)律分析研究

劉繼梅*

（泛華建設(shè)集團有限公司，北京100070）

隨著城市人口的不斷增多，城市向外擴張的速度越來越快，居民住房及市政設(shè)施建設(shè)的需求也越來越多。在城市居民住房及市政設(shè)施建設(shè)過程中，城市居民住房及市政設(shè)施建設(shè)對周邊環(huán)境的變形規(guī)律要求日趨嚴格。城市居民住房及市政設(shè)施建設(shè)過程中，對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響的階段主要為地基基礎(chǔ)施工階段，其中尤以基坑開挖階段的影響最大。本文通過對砂卵石地層樁撐支護體系明挖基坑施工過程中，基坑主體結(jié)構(gòu)自身及周邊環(huán)境變形規(guī)律的分析研究，得出其變形規(guī)律，找出變形原因，提出變形控制要素，為后續(xù)相似工程施工過程中，基坑及周邊環(huán)境變形規(guī)律控制提供一定的技術(shù)指導依據(jù)。

砂卵石地層；樁撐支護；明挖基坑；變形規(guī)律；分析

1　概述

隨著城市人口的不斷擴張，城市工民建及市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來越多。在城市建設(shè)過程中，工程自身及其附帶的影響也隨之增多。近期全國范圍內(nèi)，由于工程建設(shè)帶來的各類問題層出不窮，造成了人員生命財產(chǎn)的損失，也給社會帶來了一些負面影響。

我國城市建設(shè)已經(jīng)持續(xù)了近60年，城市建設(shè)過程中，基本都能在保證安全的前提下順利完工，這得益于無數(shù)前輩的辛勤汗水和經(jīng)驗，作為新一輩城市建設(shè)者，我們需要繼承前輩善于總結(jié)的良好習慣，發(fā)揚前輩勤于分析的優(yōu)良風格。不斷開拓進取，為我國城市建設(shè)的順利進行增磚添瓦。

本文通過對砂卵石地層樁撐支護體系明挖基坑施工過程中，基坑結(jié)構(gòu)自身及基坑周邊環(huán)境的變形規(guī)律進行分析總結(jié)，得出基坑開挖過程中，基坑自身結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的相互影響規(guī)律，提出相應(yīng)控制要點，為此后類似工程施工參數(shù)控制提供一定的參考依據(jù)。

2　工程概況

2.1工程概況

本工程為地鐵工程明挖車站，地下兩層，自西向東布設(shè)。車站總長為228.8m，高為16.4m。車站頂部覆土約3.2～3.95m，標準段基坑開挖深度約為20.55m。

2.2工程地質(zhì)概況

本工程位于永定河沖洪積扇中下部，第四系沉積主要以河流沉積而成，場地地形較為平坦。地層土質(zhì)分布情況分述如下：雜填土層①1、卵石填土①2、粉細砂②3、中粗砂②4、圓礫②5、卵石⑤、卵石⑦層及粉細砂⑦2層；結(jié)構(gòu)底板位于卵石⑦層。該工程勘察40.0m深度范圍內(nèi)，實際量測一層地下水，為潛水（二）。含水層主要為卵石⑦層、粉細砂⑦2層，透水性好，水位埋深21.35～22.30m。本層地下水分布連續(xù)，滲透系數(shù)大，為強透水層。地下水層位于結(jié)構(gòu)底板以下。

2.3明挖基坑施工步驟

（1）基坑開挖深度達20m左右，深度較深，屬Ⅰ類深基坑，基坑開挖應(yīng)謹遵從上至下、分段分層的原則。

（2）施工過程中，首先進行圍護結(jié)構(gòu)施工，打設(shè)圍護樁，并施作樁頂冠梁。

（3）開挖過程中，分層分段開挖，自西向東放坡、拉槽開挖，邊開挖邊進行樁間網(wǎng)噴混凝土施工，施工過程中注意對樁間土保護，以保證圍護樁體的穩(wěn)定。

（4）土方開挖完成后，及時進行鋼腰梁及鋼支撐的架設(shè)，施工過程中角撐部位注意及時施作抗剪凳，避免鋼圍檁滑動，造成支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)掉落，施工時及時施作支撐結(jié)構(gòu)，以保證基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（5）施工過程中，結(jié)合施工步序及階段及時對周邊環(huán)境及基坑自身結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取措施，保證基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（6）自下而上進行二襯結(jié)構(gòu)施工，施工過程中，根據(jù)設(shè)計要求進行鋼支撐及鋼圍檁的拆除工作，避免因過早拆除支撐帶來的基坑變形過大或失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)。

（7）待基坑頂板二襯結(jié)構(gòu)及防水完成后，進行基坑回填，恢復路面。

3　監(jiān)測點布置

根據(jù)基坑周邊環(huán)境風險情況，在其周邊設(shè)置道路地表及管線沉降監(jiān)測點；基坑四周布設(shè)2排測點，第1排距坑邊3m，第2排距坑邊5m，點距10m?；咏Y(jié)構(gòu)自身設(shè)置樁頂水平位移、樁體變形及支撐軸力監(jiān)測點。樁頂水平位移測點在基坑長邊布設(shè)3組，分別設(shè)在基坑長邊的中點，支撐點及2道水平支撐的跨中部位，間距30m，樁體變形及支撐軸力與樁頂水平位移測點對應(yīng)布設(shè)，支撐軸力每組布設(shè)3道監(jiān)測點。

監(jiān)測點布置圖見圖1。

圖1　監(jiān)測點布置圖

4　道路地表及管線沉降統(tǒng)計分析

4.1基坑周邊測點沉降統(tǒng)計

待基坑二襯結(jié)構(gòu)完成，周邊測點沉降穩(wěn)定后，統(tǒng)計了基坑周邊65個監(jiān)測點，基坑周邊監(jiān)測點累計沉降值一般位于1～-18mm，平均沉降約-8.4mm，其中約3%的監(jiān)測點累計沉降值超出《地鐵工程監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》（DB11/490-2007）中要求的-30mm的控制標準［5］，監(jiān)測點沉降范圍分布圖見圖2所示。

圖2　監(jiān)測點累計沉降值分布圖

基坑主測斷面沉降槽曲線參見圖3。

圖3　基坑主測斷面沉降槽曲線圖

圖4　主測斷面部位測點沉降時程曲線圖

4.2基坑周邊測點沉降規(guī)律分析

由圖2～圖4測點變形值統(tǒng)計及沉降規(guī)律分析可知：

（1）砂卵石地層明挖基坑施工完成后，其周邊測點沉降值大部分位于1～-18mm之間，平均沉降為-8.4mm，個別測點超過控制值，占統(tǒng)計測點總數(shù)的3%，砂卵石地層樁撐支護體系明挖基坑施工期間，對周邊地表沉降影響較小。

（2）砂卵石地層明挖基坑施工期間，對周邊環(huán)境影響范圍約20m，與基坑深度基本一致，呈45°角分布。測點的沉降值隨其距離基坑的距離增加逐漸減小，呈現(xiàn)出一定的沉降槽特征。

（3）明挖基坑施工過程為分層分步拉槽開挖，開挖至中下部時，對基坑周邊擾動較大，造成該部位施工過程中，周邊測點沉降速率較大，比例較大。

（4）砂卵石地層明挖基坑施工期間，其周邊地表沉降主要發(fā)生在基坑開挖期間，基坑結(jié)構(gòu)施工期間其沉降值變化不大。

5　基坑結(jié)構(gòu)自身變形規(guī)律統(tǒng)計及分析

基坑開挖過程中，基坑自身結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測與周邊地表沉降變形監(jiān)測結(jié)合對應(yīng)布設(shè)，基坑自身變形監(jiān)測涉及項目為：樁頂水平位移、樁體變形及支撐軸力等。通過基坑自身及周邊地表沉降變形規(guī)律的結(jié)合，可有效分析基坑在開挖過程中受力及變形規(guī)律，保證基坑結(jié)構(gòu)的安全。

5.1基坑樁頂及樁體變形規(guī)律分析

基坑開挖期間，受成環(huán)冠梁約束影響，樁頂水平位移變形值較小，本工程樁頂水平位移變化值約為4mm；施工過程中，樁體變形值隨著基坑開挖的影響呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在鋼支撐部位受支撐軸力的影響出現(xiàn)一突變，體現(xiàn)出支撐軸力對基坑自身變形的控制作用。典型樁體變形測點監(jiān)測圖如圖5所示。

圖5　基坑開挖過程樁體變形曲線圖

由圖5可知，基坑施工過程中，隨著開挖深度的不斷增加，圍護樁結(jié)構(gòu)逐漸向基坑內(nèi)傾斜，最大變形部位位于基坑二三道撐直間，最大變形值為10mm。在鋼支撐架設(shè)前，基本呈現(xiàn)冠梁部位大，圍護樁根部小的趨勢。隨著開挖深度的增加，基坑鋼支撐結(jié)構(gòu)不斷增設(shè)，圍護樁變形呈現(xiàn)出中間部位大，兩端小的趨勢，且在鋼支撐部位出現(xiàn)變形突變情況，體現(xiàn)出了鋼支撐結(jié)構(gòu)對基坑支護體系穩(wěn)定性的有效作用。

5.2基坑支撐軸力變形規(guī)律分析

基坑開挖期間，根據(jù)基坑開挖進度，需安裝鋼圍檁及鋼支撐，鋼支撐安裝時，需對其施加軸力，以抵抗基坑圍護樁結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)變形?；油粩嗝嫒垒S力監(jiān)測變形值如圖6所示。

圖6　基坑同一斷面支撐軸力值曲線圖

圖6中，隨著基坑施工及鋼支撐架設(shè)、拆除工作的進行，第一道撐監(jiān)測周期最長，第二道撐其次，第三道撐監(jiān)測周期最短。各道軸力監(jiān)測呈現(xiàn)的規(guī)律分析如下：

（1）軸力施加完成后，監(jiān)測過程中，呈現(xiàn)出先減小后增大的過程，最后趨于穩(wěn)定，分析其原因為：軸力施加完成后，鋼支撐及鋼圍檁與圍護樁結(jié)構(gòu)直接空隙等相互磨合消散，損失一部分軸力，隨著開挖的進行，圍護樁結(jié)構(gòu)發(fā)生向基坑內(nèi)部的變形，造成鋼支撐軸力增大，鋼支撐軸力與基坑圍護樁承受側(cè)向土壓力之間達到平衡后，基坑變形趨于穩(wěn)定；

（2）第一道撐承受軸力最大，分析其原因為：基坑變形過程中，如不施加任何約束，基坑頂部結(jié)構(gòu)為變形最大區(qū)域，承受彎矩較大，施加鋼支撐及軸力后，頂部受到約束，圍護樁向基坑內(nèi)部變形在與支撐軸力達到平衡的過程中，使鋼支撐軸力受影響較大。

6　結(jié)論

本文中，基坑周邊地表沉降、樁體變形及支撐軸力監(jiān)測值選取部位位于同一斷面，由上述分析可知：

（1）基坑開挖過程中，地表沉降速率增大、樁體變形加劇及支撐軸力速率增大發(fā)生時間基本一致，該時間段基坑進行中下部土方開挖。

（2）基坑開挖過程中，對周邊地表沉降影響較小，造成地表的平均沉降值約-8.4mm，沉降主要發(fā)生在基坑進行中部及下部土體開挖過程中。

（3）基坑開挖過程中，基坑自身樁體變形值隨開挖的進行逐漸增大，最大值處為10mm，主要發(fā)生在基坑中下部土體開挖過程中，開挖該部位過程中，應(yīng)保證鋼支撐架設(shè)的及時性及支撐軸力架設(shè)及時性，在樁體變形最大值處存在變形突變，體現(xiàn)出鋼支撐軸力對基坑圍護樁結(jié)構(gòu)變形的有效控制。

（4）基坑施工過程中，受圍護結(jié)構(gòu)變形影響，支撐軸力增加較大，主要表現(xiàn)為支撐第一道、第二道撐軸力變化較大，第三道撐距離基坑底板較近，軸力變化相對較小。

（5）本文通過總結(jié)分析砂卵石地層明挖基坑施工期間周邊測點沉降及基坑自身結(jié)構(gòu)變形規(guī)律分析和研究，為后續(xù)相似砂卵石地層明挖基坑開挖工程中控制要點及關(guān)鍵工序，提出了相應(yīng)的參考依據(jù)。

［1］任文杰.基礎(chǔ)工程［M］.中國建材工業(yè)出版社，2007.

［2］李靜，仝興華.深基坑支護結(jié)構(gòu)的安全度分析［J］.勘察科學技術(shù)，2005（1）.

［3］杜顯洲.基坑支護工程的優(yōu)化設(shè)計研究［J］.土工基礎(chǔ)，2005 （3）.

［4］徐楊青.深基坑工程設(shè)計的優(yōu)化原理與途徑［J］.巖石力學與工程學報，2001（2）.

［5］DB11/490-2007地鐵工程監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程［S］.

［6］JGJ 120-99建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.

［7］GB 50307-2012城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［8］陳仲頤，周景星，王洪瑾，等.土力學［M］.北京：清華大學出版社，1994，4.

U443

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1004-5716（2016）03-0022-04

2015-03-17

2015-03-21

劉繼梅（1985-），女（漢族），山西靈丘人，助理工程師，現(xiàn)從事工民建勘察工作。