鄧 恒 楊帥東 黃志懷

(1.廣東華南水電高新技術(shù)開發(fā)有限公司， 廣東 廣州 510611；2.珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院， 廣東 廣州 510611)

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深厚軟基基坑安全監(jiān)測實(shí)例分析

鄧 恒1楊帥東2黃志懷2

(1.廣東華南水電高新技術(shù)開發(fā)有限公司， 廣東 廣州 510611；2.珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院， 廣東 廣州 510611)

基坑安全監(jiān)測是保證工程建設(shè)協(xié)調(diào)進(jìn)行、確保基坑信息化施工的關(guān)鍵。本文結(jié)合工程實(shí)例對基坑施工過程中出現(xiàn)問題的原因進(jìn)行分析，并針對性提出了現(xiàn)場措施，避免了險(xiǎn)情持續(xù)發(fā)展。對類似工程有借鑒意義。

基坑； 安全監(jiān)測； 分析

隨著城市地下工程的利用與發(fā)展，基坑向大深度、大面積方向發(fā)展成為必然趨勢。特別是在軟土地區(qū)，由于其具有強(qiáng)度低、壓縮性和天然含水率高、孔隙比大等特性，基坑自土方開挖就處于變化狀態(tài)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、大小、位移變形都隨著開挖深度的增加而增加。因此，在基坑施工過程中必須進(jìn)行安全監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌控基坑安全狀態(tài)，為信息化施工提供數(shù)據(jù)支撐。

基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)能及時(shí)反應(yīng)施工過程中基坑的安全狀況，并對監(jiān)測異常值及時(shí)分析，提出相應(yīng)處理措施和建議。

本文對廣州市南沙區(qū)靈山島尖北段海岸及濱海景觀帶建設(shè)東環(huán)涌北閘橋工程出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行分析，并給出處理措施，供類似工程參考。

1 工程概況

該工程位于廣州市南沙區(qū)，靠近蕉門水道。為新建小型水閘，基坑采用水泥攪拌樁支護(hù)，兩側(cè)采用水泥土攪拌樁格柵狀布置，開挖深度5m，樁徑500mm，樁長15m(見圖1)?；影踩燃墳槿墶１O(jiān)測的主要內(nèi)容有垂直位移、水平位移、滲透壓力等。布設(shè)水平位移點(diǎn)8個(gè)，分別布設(shè)在基坑兩側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的墻頂，主要監(jiān)測基坑開挖和基礎(chǔ)施工時(shí)，基坑兩側(cè)擋墻的位移量；布設(shè)測壓管4個(gè)，分別布設(shè)在支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)土體中，主要監(jiān)測地下水位的變化情況；在基坑開挖出現(xiàn)異常時(shí)，基坑周圍土體裂縫處增設(shè)6組裂縫測點(diǎn)。

圖1 東環(huán)涌北閘橋剖面

鉆探結(jié)果表明：從上至下各土層及厚度依次為素填土層1.60m、耕土層0.90m、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層15m、淤泥質(zhì)中砂層7.60m，主要土層物理參數(shù)見表1。

表1 主要土層物理參數(shù)

2 監(jiān)測情況及原因分析

2.1 監(jiān)測情況

監(jiān)測位移曲線見圖2。

圖2 位移曲線

施工方首先開始的工序是在基坑未開挖的原地面進(jìn)行水泥攪拌樁基坑支護(hù)施工。當(dāng)攪拌樁施工完成后，施工方從地面標(biāo)高4.60m開挖至基坑面標(biāo)高2.10m處，即工況1位置，進(jìn)行預(yù)制混凝土管樁施工，管樁施工深度達(dá)15m。在預(yù)應(yīng)力管樁施工完成后，10月12日，開始繼續(xù)進(jìn)行基坑開挖工序，開挖至基坑地面標(biāo)高-0.40m處，即工況2位置，進(jìn)行基坑底部閘板施工。從圖2看出在工況2開挖當(dāng)日基坑監(jiān)測水平位移數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，監(jiān)測人員在基坑支護(hù)與土體結(jié)合處發(fā)現(xiàn)1cm裂縫，同時(shí)水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)驟變，底部管樁向外滲水，圍護(hù)樁1/2高度處出現(xiàn)垂直于樁長方向約2m長裂縫，土體裂縫有持續(xù)發(fā)展趨勢。

2.2 原因分析

2.2.1 基坑施工順序不當(dāng)

施工方在完成攪拌樁施工后，開挖至工況1高程，并開始預(yù)制混凝土管樁施工。管樁在沉入土體后，對周圍的土體產(chǎn)生擠壓力。當(dāng)基坑被開挖時(shí)，靠近管樁一側(cè)的擠壓力被釋放，支護(hù)發(fā)生變形，向卸土一方產(chǎn)生水平位移。

試驗(yàn)和實(shí)踐證明，一般情況下分層開挖時(shí)基坑支護(hù)位移比一次性開挖的位移值要小。故考慮到工況2 時(shí)基坑的開挖是一次性開挖并未分層，才導(dǎo)致位移值的驟變，所以根據(jù)朗肯土定律，采用水土合算，首先計(jì)算工況1和工況2情況下水泥攪拌樁支護(hù)前后的主、被動土壓力受力情況(見圖3)。

圖3 土壓力情況分布

求主動土壓力的公式如下：

Ea=(1/2)γH2Ka

(1)

式中Ka——主動土壓力系數(shù)，Ka=tan2(45°-φ/2)；

H——擋土墻高度。

被動土壓力的公式如下：

(2)

式中Kp——被動土壓力系數(shù)，Kp=tan2(45°+φ/2)；

H—— 擋土墻高度。

通過式(1)、式(2)，計(jì)算出水泥攪拌樁支護(hù)前后所受到的主、被動土壓力情況，具體見表2。

表2 土壓力計(jì)算結(jié)果

由圖2并結(jié)合土壓力計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)基坑處于工況1的情況時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，但在基坑開挖到工況2標(biāo)高時(shí)，坑內(nèi)的土方開始剝離后，支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)土體形成一定的高差，其原有平衡狀態(tài)被打破。為了尋求新的平衡，支護(hù)結(jié)構(gòu)將逐步向基坑內(nèi)側(cè)移動，使得墻后土體產(chǎn)生主動土壓力，墻前土體產(chǎn)生部分被動土壓力，墻底土體對墻身的摩阻力逐步增大，支護(hù)結(jié)構(gòu)將得到新的平衡。隨著基坑內(nèi)土方不斷挖出，支護(hù)結(jié)構(gòu)為保持平衡而不斷向基坑內(nèi)移動，直到土方開挖全部結(jié)束。

該基坑開挖計(jì)劃分為3次，施工單位為趕工期，一次性開挖到基坑底，造成支護(hù)樁墻后側(cè)向土壓力突然增大，由圖2看出導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)位移量的迅速變大，這是造成位移突變的主要原因，但應(yīng)考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的抗傾覆力，且隨基坑開挖深度的增加可能較小，故進(jìn)行不同工況下支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算，此支護(hù)結(jié)構(gòu)滿足重力式水泥土墻的傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算公式：

(3)

式中Kov——抗傾覆安全系數(shù)，其值不得小于1.3；

Epk、Epk——水泥土墻上的主、被動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值,(kN/m)；

Zp——水泥土墻內(nèi)側(cè)被動土壓力合力作用點(diǎn)至墻趾是豎向距離，m；

G——水泥土墻的自重，kN/m；

um——水泥土墻底面上的水壓力，kPa；

B——水泥土墻的底面寬度，m；

aa——水泥土墻外側(cè)主動土壓力合力作用點(diǎn)至墻趾的豎向距離，m；

ap——水泥土墻內(nèi)側(cè)被動土壓力合力作用點(diǎn)至墻趾是豎向距離，m；

aG——水泥土墻自重與墻底水壓力作用點(diǎn)至墻趾的水平距離，m。

通過式(3)得出工況1的抗傾覆系數(shù)KQ為2.21，大于規(guī)范要求1.30的抗傾覆安全系數(shù)，工況2的抗傾覆系數(shù)KQ為1.36，也大于1.30的安全系數(shù)，可判斷出基坑支護(hù)的安全性滿足規(guī)范要求。故判斷主要原因是施工工序的問題，施工方工況1打樁時(shí)產(chǎn)生的擠土效應(yīng)對基坑支護(hù)產(chǎn)生了擾動，降低了基坑的安全狀態(tài)。

2.2.2 地下水位影響

地下水位埋深0.50m，基坑高水位狀況下開挖，水位驟降最為危險(xiǎn)。開挖期間測得測壓管內(nèi)的水位較高，作用在墻體上的水壓較大，應(yīng)及時(shí)在基坑周圍進(jìn)行降水措施。

3 措施及成效

3.1 采取措施

施工單位根據(jù)監(jiān)測單位上報(bào)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取措施有：?對基坑兩側(cè)支護(hù)外土方同時(shí)進(jìn)行開挖卸荷，開挖寬度至基坑支護(hù)外側(cè)5m處，開挖至高程面-0.40m，保持與基坑底部高程相同；?在基坑支護(hù)開挖卸荷處抽取地下水，降低坑外地下水水位，同時(shí)抽排基坑內(nèi)積水；?基坑回填，在支護(hù)樁墻頂水平位移較大處所對應(yīng)的基坑底部進(jìn)行回填；?靠近水平位移較大部位的基坑作業(yè)全部停止，撤出相關(guān)設(shè)備、材料，疏散施工作業(yè)人員，待基坑位移值穩(wěn)定后，繼續(xù)基坑開挖。

3.2 成效

施工單位采取相應(yīng)應(yīng)對措施取得了很好的效果(見圖3)。10月23日，基坑外側(cè)開挖后，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移測點(diǎn)出現(xiàn)了向基坑外側(cè)的小幅回彈，10月25日，基坑支護(hù)已基本穩(wěn)定。

4 建 議

在軟土地區(qū)進(jìn)行基坑施工時(shí)，應(yīng)充分考慮軟土的特性選擇基坑支護(hù)，而鋼板樁支護(hù)能防水，結(jié)合緊密，不易漏水，施工便捷，可全部機(jī)械化操作，而且可重復(fù)使用。特別是在本文實(shí)例中，若先進(jìn)行管樁施工，待管樁施工完成后，再進(jìn)行基坑支護(hù)的鋼板樁施工，可以有效規(guī)避由于施工方管樁施工對攪拌樁支護(hù)所產(chǎn)生的擠土效應(yīng)，從而有效減輕擠土效應(yīng)對基坑支護(hù)穩(wěn)定產(chǎn)生的影響。

5 結(jié) 論

基坑監(jiān)測就是為了確?；庸こ痰陌踩?，并對基坑開挖過程提供有效的監(jiān)控、指導(dǎo)和建議，從而防止發(fā)生坍塌等事故。

基坑監(jiān)測過程中出現(xiàn)監(jiān)測值異常，應(yīng)立即對基坑安全進(jìn)行分析，并提供有效建議；施工順序?qū)⒅苯雨P(guān)系到基坑的安全，因此，合理安排施工順序至關(guān)重要；軟土地基基坑施工過程中，應(yīng)充分考慮支護(hù)形式、地下水位等因素影響；在不具備放坡條件的基坑中增設(shè)鋼管支護(hù)可有效提高基坑支護(hù)的安全系數(shù)。

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Instance analysis on deep soft foundation pit safety monitoring

DENG Heng1, YANG Shuaidong2, HUANG Zhihuai2

(1.GuangdongHuananHydropowerHigh-techDevelopmentCo.,Ltd.,Guangzhou510611,China; 2.ThePearlRiverWaterResourcesCommissionofthePearlRiverWaterConservancyScienceResearchInstitute,Guangzhou510611,China)

Foundation pit safety monitoring is critical to ensure the coordinated progress of engineering construction and guarantee the information-based construction of foundation pit. In the paper, engineering instance is combined for analyzing the reasons of problems in foundation pit construction process. Site measures are proposed in a targeted mode for avoiding the continuous development of risk situation. It has

ignificance for similar projects.

foundation pit; safety monitoring; analysis

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.019

TV551.4

B

1005-4774(2016)11- 0069- 03