張 有 為

(湖南中核巖土工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410008)

0 引言

隨著城市人口的密集及建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，城市地下空間的利用越來越大。深基坑工程的設(shè)計(jì)和開挖越來越深、施工環(huán)境及對(duì)臨近建筑物的影響愈趨復(fù)雜，致使基坑施工與監(jiān)測(cè)更加困難[1]。對(duì)深基坑的監(jiān)測(cè)亦十分重要。丁智等[2]對(duì)杭州地鐵新塘路和景芳路交叉口深基坑監(jiān)測(cè)分析，總結(jié)了土體深層水平位移與墻體深層水平位移的聯(lián)系，以及測(cè)斜孔測(cè)斜數(shù)據(jù)與土質(zhì)分布的關(guān)系；丁勇春等[3]對(duì)某地鐵隧道深基坑監(jiān)測(cè)分析，總結(jié)了不同工況下基坑立柱豎向位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支撐軸力的特征；楊有海等[4]對(duì)深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)了不同工況下圍護(hù)樁樁體的側(cè)向變形；謝鵬[5]指出濱海地區(qū)基坑施工過程中地下水位受潮汐和降水的影響較大，并分析了注漿對(duì)地面沉降的影響；李琳等[6]分析了降水及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形對(duì)地面沉降的影響；謝康和等[7]分析了成層土中基坑開挖降水對(duì)周邊土體應(yīng)力變化及周圍地表沉降的影響；施成華等[8]考慮基坑降水時(shí)滲流作用對(duì)地表沉降影響，并提出了由開挖和降水引起的周邊地表沉降計(jì)算方法；王衛(wèi)東等[9]根據(jù)大量工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析得出了基坑開挖過程中地表沉降規(guī)律，并提出了基坑開挖對(duì)臨近建筑物變形的影響特性。

以上研究側(cè)重點(diǎn)較為單一，目前鮮有文章綜合考慮圍護(hù)樁樁身側(cè)向變形、基坑底隆起和地下水變化對(duì)基坑周邊地表沉降的影響。本文以長沙市漁業(yè)路及延伸工程深基坑開挖為依托，對(duì)周邊地表沉降、圍護(hù)樁樁身側(cè)向變形、立柱豎向位移、地下水位、圍護(hù)樁豎向位移等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面分析，總結(jié)得出基坑施工與監(jiān)測(cè)過程中一些結(jié)論與建議。

1 工程概況

長沙市漁業(yè)路及延伸道路工程位于長沙市盛世路與福元路之間，漁業(yè)路及延伸工程隧道工程為該工程的一部分，隧道與城市主干路芙蓉北路、京廣鐵路、地下管線、地鐵一號(hào)線區(qū)間交叉。道路主線中心線與京廣鐵路相交于K1560+010處。設(shè)計(jì)起點(diǎn)為盛世路，向東依次下穿芙蓉北路、京廣鐵路，終點(diǎn)與漁業(yè)路順接。漁業(yè)路主線設(shè)置雙向四車道，下穿京廣鐵路和芙蓉北路。兩側(cè)各設(shè)置單向兩車道+人、非混行道的輔道下穿京廣鐵路后與芙蓉北路平交。本隧道工程起止里程為K0+240～K0+475，總長235 m；其中K0+240～K0+406段和K0+445～K0+475段為明挖隧道，以深基坑形式開挖(深基坑總長196 m，寬23 m，開挖最大深度為11 m)。

主體基坑圍護(hù)樁支護(hù)段變形控制等級(jí)為一級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移不大于0.15%H，且不大于30 mm，地面最大沉降控制值不大于0.15%H(16.5 mm)，H為基坑深度。

1.1 地質(zhì)條件

本工程地質(zhì)情況以第四系地層為主，基巖為白堊系礫巖，地層按鉆探揭露順序自上而下共分為7層：①雜填土;②粉質(zhì)黏土;③中粗砂;④圓礫;⑤殘積粉質(zhì)黏土;⑥強(qiáng)風(fēng)化礫巖;⑦中風(fēng)化礫巖。

1.2 水文條件

本工程場(chǎng)區(qū)上部地下水為上層滯水，賦存于表層雜填土層中，間斷分布，動(dòng)態(tài)變化大，水量很少，水位埋深0.80 m～6.00 m。中部地下水為孔隙水賦存于中粗砂、圓礫層中，分布不連續(xù),其動(dòng)態(tài)變化大，略具承壓性，水量較豐富，水位埋深3.60 m～8.90 m。

1.3 周邊環(huán)境

長沙市漁業(yè)路及延伸工程線路走向?yàn)闁|西方向，接福元路湘江大橋以下沉式形式從長沙市開福區(qū)金馬路路口與盛世路交叉口開始，向東沿開福區(qū)政府南門前盛世路下穿長沙市城市南北主干路芙蓉北路，至珠江花城一期高層樓房為止。在基坑K0+240～K0+320段北側(cè)為開福區(qū)政府，開福區(qū)政府南門在3倍基坑深度范圍內(nèi)；南側(cè)為金霞開發(fā)公司距離基坑約60 m，已超出3倍基坑范圍；在基坑周圍有盛世路、金霞便道及長沙市南北主干道芙蓉北路。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及測(cè)點(diǎn)布置

基坑監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容：周邊地表沉降、圍護(hù)樁樁身側(cè)向位移、立柱沉降、圍護(hù)樁樁頂豎向位移和地下水位變化。測(cè)點(diǎn)平面布置示意簡(jiǎn)圖見圖1。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 周邊地表沉降

選取基坑南北兩側(cè)具有代表性的測(cè)點(diǎn)L3,L12，對(duì)其在距基坑壁5 m,10 m,20 m處沉降變化進(jìn)行分析。選取基坑短邊測(cè)點(diǎn)L1,對(duì)比分析L1與南北兩側(cè)測(cè)點(diǎn)在距基坑壁10 m處沉降變化，分析結(jié)果見圖2～圖5。

由圖2，圖3可知，北側(cè)L3測(cè)點(diǎn)最大沉降發(fā)生在距離基坑10 m處，其沉降量約4 mm；南側(cè)L12測(cè)點(diǎn)最大沉降發(fā)生距基坑壁10 m處其沉降量量約8 mm，兩測(cè)點(diǎn)的沉降量均小于控制值(16.5 mm)。距基坑5 m處與20 m位置上，地表均有部分隆起，其沉降曲線呈三角形分布，兩邊沉降小，中間沉降大。

由圖4，圖5知，L1的沉降量小于其余各測(cè)點(diǎn)的沉降量，基坑北側(cè)L3-2,L4-2測(cè)點(diǎn)沉降量較大，基坑南側(cè)L14-2,L12-2測(cè)點(diǎn)沉降量較大，南側(cè)沉降量較北側(cè)大，且南北兩側(cè)基坑長邊端部的沉降均小于長邊中心位置的沉降,形成由兩邊端部向長邊中心下凹的沉降線。由以上分析得出結(jié)論：基坑在開挖過程中產(chǎn)生一定的空間效應(yīng)，最大沉降量發(fā)生在基坑壁外一定距離處，且基坑短邊與基坑長邊端部的地表沉降量小于基坑長邊中心位置處地表沉降量，因此在基坑開挖過程中基坑長邊中心處的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)高于基坑短邊與端部位置。

3.2 圍護(hù)樁樁身側(cè)向位移

如圖2所示，取基坑短邊J1樁，基坑長邊J3樁，J6樁進(jìn)行樁身側(cè)向位移分析。樁身側(cè)向位移隨深度和時(shí)間變化見圖6～圖8。位移正值向坑內(nèi)，負(fù)值向坑外。圖9為J1樁、J3樁、J6樁位置處基坑外各測(cè)點(diǎn)地表沉降。

由圖6～圖8知，樁身側(cè)向位移隨開挖深度與時(shí)間，逐漸發(fā)生向坑內(nèi)的側(cè)向變形，位移變形曲線呈兩邊小中間大的趨勢(shì)。J1樁最大側(cè)向變形為8.7 mm，深度為5 m；J3樁最大側(cè)向變形為4 mm，深度為6 m；J6樁最大側(cè)向變形為4 mm，深度為6 m。圖6中J1樁從9月5號(hào)到10月15號(hào)樁身發(fā)生了較大側(cè)向變形時(shí)(其側(cè)向位移增量約1.8 mm)，對(duì)應(yīng)圖9中測(cè)點(diǎn)L1-1從9月5號(hào)到10月15號(hào)發(fā)生了較大沉降；圖7中J3樁從7月20號(hào)到9月15號(hào)發(fā)生相應(yīng)的側(cè)向變形時(shí)(其側(cè)向位移增量約2.3 mm)，測(cè)點(diǎn)L3-2從7月27號(hào)到9月15號(hào)亦發(fā)生較大沉降。由以上分析可得到結(jié)論：隨著開挖深度與時(shí)間的推移，樁身側(cè)向變形位移逐漸增加，當(dāng)開挖完成一段時(shí)間后側(cè)向變形逐漸趨于穩(wěn)定；樁身側(cè)向變形與基坑周邊地表沉降有一定聯(lián)系，即樁身側(cè)向發(fā)生變形時(shí)會(huì)同時(shí)引起基坑周邊地表發(fā)生沉降。因此，開挖基坑時(shí)，為防止因圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁身產(chǎn)生的過大側(cè)向變形而引起基坑周邊地表沉降，應(yīng)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁身剛度，進(jìn)而有效控制基坑周邊地表沉降。

3.3 立柱豎向位移

取基坑中立柱測(cè)點(diǎn)Z2～Z7進(jìn)行分析，其豎向位移如圖10，圖11所示。

圖10為各立柱隨時(shí)間的豎向位移變化曲線。開挖初期，大部分立柱表現(xiàn)出輕微回彈，部分立柱向下沉降，開挖后期，立柱的豎向位移變化漸漸趨于平穩(wěn)。立柱Z2，Z4，Z7總體趨勢(shì)向下沉降，立柱Z3，Z5，Z6總體趨勢(shì)向上隆起。立柱隆起是由于基坑開挖卸荷土體應(yīng)力釋放引起地基回彈，沉降是因?yàn)榱⒅灾丶肮こ探邓雇馏w有效應(yīng)力增加并大于土體卸荷回彈作用，而引起地基發(fā)生沉降；從圖11中可知基坑中間立柱的回彈隆起量明顯大于基坑端部；此外，將圖11與圖4，圖9對(duì)比可知，基坑中間立柱Z3,Z5,Z6發(fā)生較大隆起時(shí)，對(duì)應(yīng)基坑周邊地表測(cè)點(diǎn)L3,L4,L12亦發(fā)生較大沉降，可以得到結(jié)論：基坑底卸荷回彈隆起會(huì)引起基坑周邊地表沉降，兩者之間存在一定聯(lián)系。在基坑開挖中，減小對(duì)坑底土體的擾動(dòng)與增強(qiáng)基坑底強(qiáng)度有助于控制基坑周邊地表沉降。

3.4 圍護(hù)樁樁頂豎向位移

對(duì)S1,S3,S5,S7樁頂沉降變化隨著開挖工期進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖12。

由圖12知，基坑開挖前期，S1，S3，S5各樁均發(fā)生輕微的回彈，S7樁發(fā)生下沉，開挖中期各樁樁頂位移上下波動(dòng)，隨著開挖進(jìn)行到后期，樁頂豎向位移達(dá)到穩(wěn)定；各樁頂沉降量S1

3.5 地下水位

選取7個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，其中W1點(diǎn)位于基坑端部，W3,W5,W8位于基坑一邊與W18,W21,W24對(duì)稱布置，分析結(jié)果如圖13所示。圖14，圖15為各測(cè)點(diǎn)地表沉降隨時(shí)間變化曲線，其中選取了各點(diǎn)系中沉降最大的點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。

由以上水位累積變化曲線可以看到，在基坑開挖前期各測(cè)點(diǎn)水位急劇下降，隨著工期進(jìn)行水位逐漸趨于穩(wěn)定變化，上下波動(dòng)幅度很小。其中基坑北側(cè)測(cè)點(diǎn)W3,W5水位變化達(dá)3 000 mm左右，基坑端部測(cè)點(diǎn)W1水位變化達(dá)5 000 mm左右，變化較大；其余各測(cè)點(diǎn)水位變化在1 000 mm左右，變化較??；對(duì)應(yīng)于圖14，圖15各測(cè)點(diǎn)地表沉降，L1-1,L3-2,L4-2在水位變化較大點(diǎn)處其測(cè)點(diǎn)地表沉降值大于其余各測(cè)點(diǎn)，且在開挖前期水位下降時(shí)，基坑地表各測(cè)點(diǎn)均發(fā)生相應(yīng)沉降，在水位變化達(dá)到穩(wěn)定后各測(cè)點(diǎn)地表沉降亦逐漸趨于穩(wěn)定。

由以上分析得到結(jié)論：基坑外地表沉降與水位變化密切相關(guān)，水位下降會(huì)引起基坑外地表發(fā)生相應(yīng)沉降，且在水位變化趨于穩(wěn)定后基坑外地表沉降亦逐步趨于穩(wěn)定。因此，在整個(gè)基坑開挖過程中，對(duì)基坑水位的監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，當(dāng)水位急劇變化時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基坑支護(hù)以及對(duì)基坑外地表測(cè)點(diǎn)進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，防止基坑周邊地表發(fā)生較大沉降，影響基坑周邊建筑物安全。

4 結(jié)語

1)基坑角部各點(diǎn)的沉降量明顯小于基坑中間的沉降量。垂直基坑壁周邊地表最大沉降出現(xiàn)在距基坑壁10 m左右處。

2)樁身深層水平位移呈兩邊小中間大，圍護(hù)樁側(cè)向變形會(huì)引起基坑周邊外地表沉降。因此，加強(qiáng)圍護(hù)樁身的剛度與強(qiáng)度可以減少基坑外地表沉降。

3)基坑中心位置立柱隆起量大于角部立柱隆起量；基坑底回彈隆起會(huì)引起基坑周邊表發(fā)生沉降，二者具有一定的聯(lián)系，因此，加大基坑底強(qiáng)度有助于減小臨近基坑地表沉降。

4)圍護(hù)樁樁頂豎向位移變化在基坑中心位置較大，在基坑端部變化較小。

5)地下水位的變化與地表沉降密切相關(guān)，地下水位變化較大位置處，其對(duì)應(yīng)基坑外地表沉降也較大；當(dāng)水位達(dá)到平穩(wěn)時(shí)，坑外地表沉降亦逐步趨于穩(wěn)定。因此，基坑開挖時(shí)加強(qiáng)對(duì)地下水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使水位在開挖中穩(wěn)定變化有利于減小周邊地表沉降。

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