陳致富

（福建省建筑科學(xué)研究院， 福建 福州 350000）

0 引言

隨著國家城市化以及基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展,各城市正大力發(fā)展地鐵建設(shè)，地鐵建設(shè)過程中遇到的各種地質(zhì)問題日益凸顯，深大基坑工程也發(fā)展迅猛，對各種不同地層條件、不同環(huán)境下的地鐵車站基坑變形的研究成果也較為豐富。江曉峰等[1]根據(jù)軟土地區(qū)深基坑圍護(hù)墻變形和墻外地表沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)研究得出圍護(hù)墻變形曲線形態(tài)特征、地表沉降曲線以及地表沉降影響范圍等結(jié)論。顧蒙娜等[2]結(jié)合地鐵車站基坑工程，對深厚軟土場地地鐵深基坑擋墻的水平位移及坑外地表沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究了地連墻最大水平位移與墻后地表最大沉降的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。楊科等[3]結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和基坑開挖過程中的實(shí)測數(shù)據(jù)，對上海地區(qū)基坑的變形特性和坑外土體擾動變形機(jī)理進(jìn)行了分析和探討。王建華等[4]針對上海地區(qū)，C.Ou等[5]針對臺北軟土地區(qū)，劉念武等[6]針對杭州地區(qū)，K.Karlsrud[7]針對奧斯陸軟土地區(qū)分別給出了軟土條件下的基坑變形特性。

本文主要以福州地鐵 2號線某軟土深基坑為實(shí)例，對基坑開挖過程地下連續(xù)墻變形全過程的異常原因進(jìn)行分析，以便于為福州軟土地區(qū)的類似基坑工程提供參考。

1 工程概況

該地鐵車站主體采用明挖法施工，基坑長約200m，寬19.7m～23.8m，開挖深度約16.0～18.1m；基坑安全等級為一級，重要性系數(shù)1.1?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8m厚地下連續(xù)墻加4道豎向內(nèi)支撐的圍護(hù)體系結(jié)構(gòu)，其中第一道支撐采用700mm×1000mm鋼筋混凝土對撐及角撐；第二道支撐在端頭井區(qū)域采用700mm×1000mm鋼筋混凝土支撐，其余采用Φ609鋼管對撐；第三、第四道均采用Φ609鋼管對撐及角撐。

同時(shí)，地下連續(xù)墻施工完成后對車站范圍內(nèi)土層進(jìn)行了地基加固處理，標(biāo)準(zhǔn)段采用直徑Φ700mm@500mm雙軸攪拌樁進(jìn)行抽條加固，端頭井采用Φ 850mm@600mm三軸攪拌樁進(jìn)行抽條加固，具體的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

根據(jù)周邊環(huán)境調(diào)查資料，基坑周邊無重要建筑物，西側(cè)為大片空地，東側(cè)圍擋緊靠烏龍江大道，此道路為城市主干道，雙向 8車道，車流量較多，且道路下埋設(shè)有Φ1200mm的砼污水管，埋深約9.0m，距離車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)約4.2m，位于基坑開挖的主要影響范圍內(nèi)。

場地所處地層由上至下依次為：素填土、雜填土、粉質(zhì)粘土、粘土、淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥夾砂、粉細(xì)砂、粗中砂、淤泥質(zhì)土、卵石、砂質(zhì)粘性土(硬塑)、花崗巖，基底部分處在淤泥質(zhì)土層。地下水水位埋深1.4～4.2m。各土層的地質(zhì)巖土特性參數(shù)詳見表1所示。

表1 巖土物理參數(shù)表

2 基坑施工過程及監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

基坑土方開挖過程中，自南端頭開始，由南向北采取分層、分段開挖。為了便于區(qū)分施工工況，將基坑支撐從上往下將基坑土層分為表層土、第二層土、第三層土、第四層土，其中表層土開挖工況主要為冠梁及第一道混凝土支撐施工階段。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況和進(jìn)度，將基坑土方開挖分為五個(gè)階段，施工階段詳見表2。

表2 基坑施工階段

本基坑設(shè)置了圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移與沉降，土體側(cè)向變形、支撐軸力、地表沉降、管線沉降、地下水位等監(jiān)測項(xiàng)目，限于篇幅，本文以北段測點(diǎn)為分析重點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖只顯示北段部分，監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖見圖2。

圖2 基坑監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖（北段）

3 監(jiān)測成果及分析

3.1 基坑圍護(hù)樁深層水平位移

選取基坑中間以及端頭的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等典型測點(diǎn)進(jìn)行研究。在基坑不同方向以及變形最大處共選取四個(gè)深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)，四個(gè)深水平位移監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)程曲線圖如圖3-圖6所示。在不考慮被動區(qū)加固情況下設(shè)計(jì)計(jì)算的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖如圖7所示，其中ZQT4、ZQT5、ZQT19為基坑中部監(jiān)測點(diǎn)，ZQT24為北端頭監(jiān)測點(diǎn)。

圖3 ZQT4深層水平位移時(shí)程曲線圖

圖4 ZQT5深層水平位移時(shí)程曲線圖

圖5 ZQT19深層水平位移時(shí)程曲線圖 圖6 ZQT24深層水平位移時(shí)程曲線圖

從圖3～圖6可以看出，深層位移變化曲線呈現(xiàn)典型的內(nèi)凸式變形，其中圍護(hù)墻頂部位移較小，甚至出現(xiàn)朝向坑外的變形，而最大水平位移發(fā)生在基坑開挖面以下約3m～5m處，并隨著土方開挖逐漸向下移動，基本和基坑施工工況相符，但最大水平位移發(fā)生位移略低于常規(guī)的變形最大點(diǎn)位置。在常規(guī)的圍護(hù)墻變形曲線中，圍護(hù)樁最大水平位移發(fā)生位置通常位于基坑開挖面以上一定區(qū)域，這表明本工程圍護(hù)墻的最大水平位移發(fā)生位置與常規(guī)變形曲線存在一定差異。

從整個(gè)施工過程來看，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量較大，除了端頭井測點(diǎn)，其他測點(diǎn)平均最大位移量到達(dá)60mm以上，基坑中部位置位移量最大，其中ZQT4、ZQT5最大變形達(dá)到了100mm左右。另外，從時(shí)程曲線圖可以看到，在基坑第二層土方開始開挖時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)就發(fā)生較大的變形，其中ZQT4、ZQT5在土方開挖至4m深度處，變形數(shù)據(jù)即達(dá)到 30mm以上，超過了報(bào)警值（30mm），在第三、四層土開挖時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量也較大，直到底板封底之后變形趨勢趨于穩(wěn)定。

3.2 圍護(hù)墻變形異常原因分析

（1）真空降水

在第二層土方開挖時(shí)，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)第一道混凝土支撐底部與墊層之間存在（5-8）cm的縫隙。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該現(xiàn)象是由于基坑開挖前真空降水所致，由于真空降水使得淤泥質(zhì)土固結(jié)收縮，軟土的固結(jié)在提高了淤泥質(zhì)土的強(qiáng)度同時(shí)，也導(dǎo)致了基坑內(nèi)土體固結(jié)沉降，并引發(fā)基坑內(nèi)土體與地連墻之間的縫隙，即真空降水對于圍護(hù)墻的變形異常存在較大的影響。

（2）被動區(qū)加固體與地連墻之間未緊密貼合

變形曲線可以看出，是否考慮被動區(qū)加固的作用對于變形曲線的形態(tài)及最大值發(fā)生位置具有顯著的影響。其中，當(dāng)考慮被動區(qū)加固的作用時(shí)，圍護(hù)樁的最大水平位移顯著減小，同時(shí)變形曲線最大值發(fā)生在基坑開挖面以上一定高度，但不考慮被動區(qū)加固時(shí)，變形曲線不僅位移顯著增大，且最大水平位移發(fā)生位置明顯下移，這也在一定程度上解釋了圖3～圖6中變形曲線中最大水平位移發(fā)生位置下移的現(xiàn)象。

（3）土方超挖、支撐架設(shè)不及時(shí)

同時(shí)，在基坑開挖過程中，若土方發(fā)生超挖，且支撐架設(shè)不及時(shí)，即將引發(fā)圍護(hù)墻發(fā)生顯著位移。在現(xiàn)場實(shí)際土方開挖過程中，由于現(xiàn)場調(diào)配及土方開挖工序等問題，支撐未能及時(shí)架設(shè)，使得圍護(hù)樁變形顯著增大，即圍護(hù)墻變形異常與施工時(shí)支撐架設(shè)不及時(shí)、土方超挖有著較大關(guān)系。

（4）地層及坑外超載不對稱

此外，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)東側(cè)和西側(cè)土層存在一定差異，其中東側(cè)軟土層相對較厚，加上基坑?xùn)|側(cè)緊靠交通要道，受車載以及振動影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形比相對應(yīng)的西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形大。

3.3 基坑支撐軸力

TZL1-4、TZL1-5為 4、5斷面第一道混凝土支撐支撐軸力測點(diǎn)，GZL2-4、GZL2-5、GZL3-4、GZL3-5以及GZL4-4、GZL4-5分別為4、5斷面第二至第四道鋼支撐支撐軸力。

支撐軸力隨著基坑的開挖而增大，隨著基坑底板封底數(shù)據(jù)區(qū)域穩(wěn)定。第一道混凝土支撐隨著第二層土方開挖，支撐軸力增加速率較快，局部存在波動情況，這與基坑開挖時(shí)土方、周邊超載變化等因素有關(guān)。其他鋼支撐軸力數(shù)據(jù)正常，未超過設(shè)計(jì)值，即在圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大的情況下，支撐軸力值沒有顯著增大變化，這表明盡管基坑變形存在異常，但基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力總體是安全的。

3.4 基坑周圍地表沉降

地面沉降測點(diǎn)間距標(biāo)準(zhǔn)段為20m，端頭段為10m，每斷面布設(shè)3個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)間距分別為2、5、8m（詳見圖3）

4 結(jié)語

通過對福州軟土地區(qū)某地鐵深基坑變形及內(nèi)力監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）坑內(nèi)真空降水使得淤泥質(zhì)土發(fā)生固結(jié)收縮，并引發(fā)地連墻發(fā)生朝向坑內(nèi)的變形，并同時(shí)導(dǎo)致坑外周邊地表產(chǎn)生較為顯著的沉降變形，即真空降水對圍護(hù)墻的變形異常存在較大的影響。

（2）被動區(qū)加固體與地連墻之間是否緊密貼合對于圍護(hù)墻的變形性狀存在較大影響，當(dāng)被動區(qū)未與圍護(hù)墻緊密貼合時(shí)將導(dǎo)致圍護(hù)墻最大水平位移的深度發(fā)生顯著下移。

（3）在基坑開挖期間，土方超挖及支撐架設(shè)不及時(shí)等不規(guī)范施工亦是基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)較大變形的一個(gè)主要因素，在施工過程中需引起高度重視。

（4）由于地層分布不均勻、周邊超載不對稱等也會對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的不對稱變形產(chǎn)生影響。

[1]江曉峰，劉國彬，張偉立，等.基于實(shí)測數(shù)據(jù)的上海地區(qū)超深基坑變形特性研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（S2）:570-573.

[2]顧蒙娜，莊海洋，劉雪珠，吳祥祖，馮樹森.深厚軟弱場地地鐵車站基坑變形規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2015，11（1）:172-176.

[3]楊科，賈堅(jiān).上海軟土基坑變形土體擾動機(jī)理及室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2013，9（6）:1266-1270.

[4]王建華，徐中華，王衛(wèi)東.支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的深基坑變形特征分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29（12）:1899-1903.