(上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，上海 200043)

1 引言

近幾十年來，隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，上海地區(qū)的城市發(fā)展呈現(xiàn)出新的特點，城市人口過飽和、城市綠化面積減少、建筑物內(nèi)部空間狹小、交通擁堵、土地資源緊張等[1]。今后在環(huán)境承載力下進行可持續(xù)的發(fā)展、倡導(dǎo)科學(xué)發(fā)展觀，向地下發(fā)展已成為將來城市發(fā)展的必經(jīng)之路[2]。而地下空間的有效利用，如大規(guī)模城市綜合體的地下建筑、高層建筑的地下停車場、地鐵車站、大型排污排水設(shè)施、地下變電站等，其施工建設(shè)都涉及深基坑工程[3]。

目前，深基坑工程的工程應(yīng)用越來越普遍，基坑面積及基坑開挖深度越來越大。因而上海區(qū)域的基坑工程的特征是“大、深、緊”[4]?；谏虾５貐^(qū)基坑工程出現(xiàn)的特點，在城市基坑施工中，基坑工程常常緊鄰于大規(guī)模建(構(gòu))筑物、綜合管線、地鐵隧道和交通干道等市政工程，并且施工現(xiàn)場場地狹小，因而不僅需滿足基坑承載力和穩(wěn)定性要求，還需對位移控制嚴(yán)格要求?；娱_挖的過程中存在著諸如外力、變形、土性等難以預(yù)料的因素，而城市深基坑工程常常是處于復(fù)雜的周邊環(huán)境中，周邊環(huán)境例如地下管線、地下通道、地鐵隧道、鄰近建(構(gòu))筑物等對于不均勻變形的抵抗能力是不盡相同的[4]。因而，基坑工程在復(fù)雜的周邊環(huán)境下施工對基坑工程的理論研究、設(shè)計與施工等方面提出了更高要求，并成為當(dāng)前建筑行業(yè)亟待解決的課題。

目前，對基坑進行監(jiān)測以便及時得到基坑情況并對基坑施工進行研究是一種可行的辦法。國內(nèi)外學(xué)者通過監(jiān)測基坑開挖過程中對圍護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的影響做了大量的研究。在基坑周圍土體方面，Peck[6]在第七屆國際巖土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會議上針對基坑開挖實測數(shù)據(jù)及其發(fā)展現(xiàn)狀首次發(fā)表了較為全面深入的報告，由其實測數(shù)據(jù)分析研究了坑底隆起、側(cè)向位移、地表沉降等內(nèi)容，重點論述了基坑變形影響因素(土質(zhì)條件、施工工況及其質(zhì)量和開挖深度)。Lambe[7]通過對土體位移等基坑開挖影響因素以及基坑開挖實測數(shù)據(jù)對某地鐵隧道的多個基坑工程的圍護及支撐體系進行研究分析，得到一些結(jié)論。郭印等[8]通過某深基坑開挖實測數(shù)據(jù)研究了其支護樁在不同工況下的內(nèi)力和變形特性，并對支護樁進行樁身彎矩、樁頂位移等試驗分析。分析結(jié)果表明基坑圍護結(jié)構(gòu)的支護樁隨著開挖深度的增大而位置下移，并且最大彎矩值也隨之呈線性規(guī)律。在周圍建筑物方面，王衛(wèi)東和徐中華[9]基于上海地區(qū)板式支護體系的基坑工程的地表沉降實測數(shù)據(jù)，提出預(yù)估墻后地表沉降的方法并驗證其可靠性，從而為復(fù)雜條件下基坑工程設(shè)計提供了一種預(yù)估基坑開挖對周邊建筑物影響的實用評估方法。在臨近的地下通道方面，況龍川[10]利用地鐵隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)及其開挖工況來研究影響隧道變形的不同因素，實測數(shù)據(jù)表明隧道在基坑一側(cè)有較為明顯位移，并且隧道斷面呈橢圓形狀的變形規(guī)律。蔣洪勝和侯學(xué)淵[11]根據(jù)對某鄰近地鐵隧道的深基坑開挖的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及基坑開挖對周圍土體擾動的理論分析，探討了不同影響因素下(隧道的水平移動、垂直沉降和隧道的橫向變形)基坑開挖對鄰近地鐵隧道的影響。

本文基于上海某賓館的現(xiàn)場實地施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了施工過程中，基坑的圍護結(jié)構(gòu)以及周圍管線等的變形規(guī)律，以期給類似的基坑施工提供一些建議。

2 工程背景

2.1 工程概況

本工程擬建場地位于上海市長寧區(qū)，西至中環(huán)線虹許路，南至延安路高架橋，北至虹橋路。基礎(chǔ)采用樁—筏基礎(chǔ)，地下室普遍區(qū)域底板面標(biāo)高-8.250m，下沉院底板面標(biāo)高為-11.250m，基礎(chǔ)底板厚均為800mm。墊層厚度均為150mm?；用娣e約為23 240m2，總延長米約為706m?；悠毡閰^(qū)域挖深8.60m，下沉院區(qū)域基坑挖深11.60m?；悠毡閰^(qū)域基底標(biāo)高為-9.200m，下沉院區(qū)域基坑基底標(biāo)高為-12.200m。

2.2 周邊環(huán)境

本工程擬建場地與周邊環(huán)境總圖見圖1，其中東側(cè)紅線外為新虹橋小別墅區(qū)，該側(cè)紅線外沿基坑邊線有3棟2層小別墅。南側(cè)紅線外為延安西路，其中西南角有1棟長寧區(qū)市政工程管理署3層混凝土結(jié)構(gòu)辦公樓，南側(cè)紅線外延安西路上有煤氣管、配水管和信息管。西側(cè)紅線外為虹許路，其中虹許路與場地紅線之間有5棟2層的混凝土結(jié)構(gòu)的辦公樓，虹許路下有中環(huán)北虹路地道，地道埋深約5.00m，地道邊距離基坑邊線的最近距離約為17.80m，另外虹許路下有燃?xì)夤?、配水管、信息管、電力管、雨水管、污水管和供電管等多種市政管線。北側(cè)西段紅線外為上海盲童學(xué)校教學(xué)樓，北側(cè)東段紅線外為虹莞別墅，該區(qū)域房屋為政府機關(guān)用房，施工時應(yīng)重點保護，北側(cè)東段紅線外有雨水管、污水管經(jīng)過。

圖1 場地與周邊環(huán)境圖

2.3 水文地質(zhì)概況

擬建場地位于上海市長寧區(qū)，西至中環(huán)線虹許路，南至延安路高架橋，北至虹橋路。場地地貌應(yīng)屬于上海地區(qū)四大地貌單元中的濱海平原相地貌類型。場地之前為上海新苑賓館及新虹橋小別墅區(qū)，場地內(nèi)建筑已拆除，別墅區(qū)與賓館區(qū)域有圍墻隔離，區(qū)內(nèi)有水泥路及多處有水泥地坪，場地內(nèi)的樹木正在遷移，場地內(nèi)尚有小型湖泊存在； 總體而言，除湖泊地區(qū)外擬建場地地勢較為平整，實測勘探點的地面標(biāo)高在4.21～3.48m之間，高差0.73m。

根據(jù)勘察資料，擬建場地自地表以下45.38m 深度范圍內(nèi)為屬第四系河口、濱海、淺海、沼澤相沉積層，主要由飽和粘性土、粉性土以及砂土組成，具有成層分布特點。按其沉積年代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異可劃分為6個主要層次。自上而下依次為： 1)雜填土；2)粉質(zhì)粘土和粘質(zhì)粉土；3)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；4)淤泥質(zhì)粘土；5)粉質(zhì)粘土；6)中粗砂和粉細(xì)砂。表1給出了基坑影響范圍內(nèi)各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。

2.4 基坑支護選型

深基坑工程一般采用板式支護體系。根據(jù)挖深可采用一定樁徑的鉆孔灌注樁作為圍護樁，外圍設(shè)置一排水泥土攪拌樁止水帷幕(如圖2)，灌注樁樁頂設(shè)置壓頂梁，坑內(nèi)設(shè)置兩道水平混凝土支撐，被動區(qū)加固方案為雙軸水泥土攪拌樁暗墩加固。鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕作為一種成熟的工法，圍護結(jié)構(gòu)剛度較大，樁長、樁徑的選擇和布置形式等較為靈活，且隨著時間的增長，樁身強度不斷增長。

表1 基坑影響范圍內(nèi)各土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

土層序號土層重度(kN/m3)滲透系數(shù)(cm/·s)粘聚力C(kpa)內(nèi)摩擦角①雜填土18.0/218°②1褐黃色粘土19.05.0×10-73215.5°②2灰黃色粘土17.85.0×10-71815.0°③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土17.36.5×10-61215.5°④灰色淤泥質(zhì)黏土171.6×10-61212.0°⑤1-1灰色粘土17.51.9×10-61512.5°⑤2灰色粉砂夾粉質(zhì)粘土18.44×10-4332.5°⑤3-1灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂18.04.2×10-51421.5°

圖2 鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕平面示意圖

圖3 基坑測點布置平面圖(部分)

3 監(jiān)測方案

本工程的基坑監(jiān)測內(nèi)容包括基坑圍護結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境。具體的監(jiān)測內(nèi)容有：深層土體水平位移監(jiān)測； 基坑外地下水位監(jiān)測； 支撐軸力監(jiān)測； 圍護樁體沉降監(jiān)測； 坑外地表、道路沉降監(jiān)測； 管線水平監(jiān)測； 臨近建筑物沉降等。

本工程的主要監(jiān)測點(部分)布置見圖3?；谑┕ひ?guī)劃，將施工分為以下幾個工況：

(1)工況1：第1級基坑開挖，開挖表層土1m，加設(shè)第一道水平支撐；

(2)工況2：第2級基坑開挖，開挖第二層土體4.2m，加設(shè)第二道水平支撐；

(3)工況3：第3級基坑開挖，開挖第三層土體3.4m，加設(shè)底板；

(4)工況4：第4級基坑開挖，開挖下沉院土體3m，加設(shè)底板。

4 實測結(jié)果分析

鑒于監(jiān)測結(jié)果眾多，本文僅選取其中幾種監(jiān)測類型進行分析。并且每種類型選取有代表性的部分測點來分析其在基坑施工期間的變化規(guī)律。

4.1 土體深層水平位移

土體深層水平位移由標(biāo)號CX系列點測得，本節(jié)選取了一些具有代表性的點CX2、CX8、CX11來分析施工過程中土體深層水平位移的變化。以下圖4～6為各點土體深層水平位移變化圖。

圖4為測點CX2在不同階段的土體深層水平位移變化圖。由圖中可以看出，在工況1時，水平位移在深度為6.5m左右的位置，最大值約為6.89mm。在工況2時，繼續(xù)挖下一層土體，對土體擾動加大，土體水平位移明顯增大，最大水平位移大概在深度7m左右，最大值為11.8mm。工況1與工況2的差距較大，最大水平位移相差接近5mm。在工況3時，土體的深層水平位移繼續(xù)增大，最大值為14.42mm，最大值所在深度為7.5m。最后的工況4時，繼續(xù)挖土，土體擾動持續(xù)增大，曲線明顯增大，最大位移值達到22.49mm，此值的深度在大概9m?？傮w來說，土體深層水平位移的最大值隨著施工階段的不斷進行，逐漸增大，而且，最大值所在深度也隨著進程不斷有下移的趨勢。

圖4 測點CX2在不同施工階段水平位移圖

圖5 測點CX8在不同施工階段水平位移圖

圖5為測點CX8在不同施工階段的深層土體水平位移變化規(guī)律。從圖中可以看出，在工況1，由于挖土施工過程的擾動，土體的水平位移值最大值為3.93mm，最大值所處深度為6.5m左右。工況2繼續(xù)進行挖土施工，對土體擾動較大，土體水平位移值相比上一階段顯著增大，其最大水平位移大概在深度7m處，最大的位移值為11.32mm，約為工況1的2倍。在工況3時，土體深層水平位移進一步增大，為13.99mm，最大值深度為也在7.5m左右。最后的工況4時，土體仍被開挖，土體深層水平位移最大值繼續(xù)增大至19.54mm，深度為8m?？偟膩碚f，深層土體水平位移值一直都在增大，其所處深度也隨著施工進程不斷加深，而且，測點CX8與測點CX2的規(guī)律基本相同，曲線樣式也都基本一致。

圖6為測點CX11的位移圖，測點CX11與前兩圖的基本規(guī)律等大體相似，此處不再贅述。在工況1 時，深層土體最大位移為7.69mm，在7m處； 工況2時，最大位移是12.8mm，也是在7m處； 工況3時則是在15.6mm，在地下7.5m處； 最后的工況4最大位移是20.26mm，在8m處?？傮w來說也是最大位移在不斷增大，且深度在下降。

圖6 測點CX11在不同施工階段水平位移圖

以上3個典型測點反映了基坑不同位置的深層土體水平位移的變化規(guī)律。綜合圖4-圖6，總的來說，各點的最大水平位移的位置都隨著施工的不斷推進而有著下移的趨勢，一般在7～10m左右的位置。各點在土體施工的階段，由于挖土施工，位移值都比較大，且各個階段之間的差值也較大。從各圖中可以看出，土體位移—深度曲線均為“大肚子”形狀。

4.2 支撐軸力變化

圖7和圖8分別是第一道支撐和第二道支撐的軸力變化規(guī)律。每道支撐分別選取了一些典型的測點來進行分析。

第一道支撐的軸力總體上是隨著施工進程不斷增大的。隨著土體被挖去，這個基坑就依靠支撐來圍護，此時，支撐的軸力迅速增大。而后，在第二道支撐施工時，第一道支撐的軸力被分擔(dān)，因此增長較為平緩。在后續(xù)施工中，隨著土體被挖去，軸力繼續(xù)增大，直到基坑挖土施工結(jié)束。

當(dāng)土體挖到第二層時，基坑第二道支撐就架設(shè)起來了。第二道支撐分擔(dān)了一部分第一道支撐的軸力，且其軸力迅速增長，并且達到了較大的水平。隨著土體后續(xù)的開挖，加設(shè)了底板，支撐的軸力增長速度放緩，但是一直在穩(wěn)步增長。

圖7 第一道支撐軸力變化

圖8 第二道支撐軸力變化

4.3 地面沉降

地面沉降的監(jiān)測選取了幾個具有代表性的測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)來進行分析。由圖9可以看出，隨著施工進程的不斷進行，土體越挖越深，基坑周圍土體下沉，地面的沉降值也越來越大。由于測點D3更接近基坑，所以，地面的沉降值相對比較小。隨著最后土體被挖完，各測點的沉降都趨于穩(wěn)定，大概在9mm。

4.4 管線沉降

鑒于基坑周圍管線眾多，且分布較雜，本節(jié)選取信息管線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，探討其位移變化規(guī)律。選取其具有代表性的測點數(shù)據(jù)進行分析。其中，正值代表隆起，負(fù)值代表下沉。

從圖10可以看出，在施工階段，管線的位移隨著施工進程而不斷加大，且最后都表現(xiàn)為沉降。各測點的變化規(guī)律和最后的沉降值都差不多，最后都穩(wěn)定在9mm左右?？稍谕谕吝^程中，因為土體被挖，周圍土體向基坑移動，管線的沉降值下降迅速。

圖9 地面沉降變化

圖10 信息管線沉降變化

5 結(jié)論

本文基于上海某賓館基坑的實地施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了在復(fù)雜施工個環(huán)境下基坑的圍護結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境等的變化規(guī)律，得到以下結(jié)論：

(1)土體的深層水平位移曲線表現(xiàn)為“大肚子”的形式。隨著施工工況的進行，土體深層水平位移也在不斷增大，并且最大深度所處位置也在不斷下降，具有明顯的時空效應(yīng)。

(2)支撐軸力在施工進程中一直以較快的速度增長。加設(shè)的第二道支撐有效地分擔(dān)了第一道支撐的軸力。后續(xù)底板的施工，也使得支撐軸力的增長速度放緩，直至施工結(jié)束。

(3)基坑周圍地面沉降以及管線位移都是隨著基坑挖土的進行而不斷而增大，且都表現(xiàn)為下沉。這是因為基坑挖土后，坑邊土體相應(yīng)塌陷，附近地面和管線均表現(xiàn)為下沉。