莫 少 聰

(浙江工業(yè)大學建筑工程學院，浙江 杭州 310012)

0 引言

隨著城市化的發(fā)展，基坑開挖的規(guī)模也會越來越大，在地鐵施工過程中，有關于地鐵開挖產(chǎn)生的安全問題也漸漸出現(xiàn)，所以開展相關領域的研究有重要的意義[1]。因為在深基坑的開挖過程中所需要涉及的各類因素和情況很多也非常復雜，所以對于深基坑工程來說，解決深基坑開挖過程中的各類問題依舊是一個熱門課題[2-4]?；娱_挖的過程其實也是土體卸荷的過程，它的變形特性具有獨特的變化規(guī)律，在軟土地帶進行一系列的基坑開挖工程都要涉及到軟土的卸荷問題，如果周邊的建筑物比較靠近基坑，那么對周邊的建筑物還會產(chǎn)生損壞[5]?；娱_挖和地下工程的建設對地鐵隧道肯定會產(chǎn)生一定的影響，但這種影響有多大需要定量的研究分析[6]。

1 工程背景

1.1 實際工程概況

模擬實際建造地鐵，需進行深基坑的開挖。在實際開挖工程中，在地鐵基坑開挖過程中對深基坑及周圍環(huán)境進行監(jiān)測。所以在試驗模擬基坑時，也同樣使用各種監(jiān)測方法來研究不同開挖步距對基坑及周邊各類參數(shù)的變化影響。

1.2 周圍環(huán)境

地鐵位于兩條主干線交叉口地下空間處，工程位于杭州市，結(jié)構(gòu)南面橫跨另一條主干道，主體結(jié)構(gòu)在一條主要道路正下方。而此條主干道兩邊建筑以商鋪裙房為主，因此在此設計上此處基礎以樁基礎為主，且樁均比結(jié)構(gòu)底板深，另一側(cè)東面為電力局及農(nóng)貿(mào)市場，因此基礎以條形基礎為主。

2 試驗概況

2.1 試驗目的

1)確保在基坑開挖的過程中，保證基坑內(nèi)部和側(cè)邊的穩(wěn)定性，并降低對周圍環(huán)境和道路造成的影響，確保工程能夠有效開展，并在發(fā)生危險的時候及時預警并采取相應措施。

2)研究比較不同開挖步距，對基坑周圍深層土體的水平位移，基坑底部土體的沉降，以及水位的影響。

2.2 建立模型

由于實際基坑比較大，所以在建立模型時，只取其中一段，按比例10∶1倍來建立模型，見表1。

表1 模型比例表

由于基坑在承壓水層之上，所以進行模型實驗時暫不考慮承壓水層的影響。模型實驗所用材料與實際工程中的一樣，采用相應的建筑材料。支撐第一道為混凝土支撐，剩余的支撐根據(jù)不同步距數(shù)設置不同的數(shù)量，并且采用鋼支撐，材料相同，直徑按比例縮小10倍。擋土墻厚度也同比例縮小10倍，所用材料為原先同樣強度的混凝土?；咏孛鎴D如圖1所示。

周圍土質(zhì)模擬采用與實際相同的土層按比例縮小厚度堆疊而成。

2.3 設置開挖路徑

在上述模型建立后，控制等量條件，同時搭建三個相同的基坑空間，分別命名為一、二、三號基坑，分別對其進行不同步距的開挖。其中一號基坑開挖時，采用一次性開挖到底部的開挖方式，并對基坑進行支護；二號基坑開挖時，采用分兩次勻速開挖的方式，即先開挖一半深度，進行支護，穩(wěn)定后按照實際情況再次進行開挖到預定深度，再進行支護；同理三號基坑，平均分成五次，勻速進行開挖，直到預定深度，每次開挖后都需進行支護。保證基坑穩(wěn)定，并對周圍安裝的監(jiān)測計進行讀數(shù)，得到相關參數(shù)并進行比較。

2.4 監(jiān)測原則

監(jiān)測方案的編制一般參照以下原則：

1)基坑周圍環(huán)境、建筑物、道路、地下設施和一些埋設管線一般會遭到基坑施工影響，所以這些周邊環(huán)境和基坑自身都應當作為監(jiān)測的對象。應適當?shù)募訉挶O(jiān)測范圍以滿足基坑的影響范圍，通常是2倍基坑開挖深度的情況。

2)在對基坑監(jiān)測項目內(nèi)容的確定和監(jiān)測點的布置上，需要滿足相應有關規(guī)范和工程設計的規(guī)定，并且可以全面反映出周邊環(huán)境和基坑圍護結(jié)構(gòu)的情況在基坑施工過程中的變化。

3)監(jiān)測方法的使用、儀器以及監(jiān)測頻率都要符合相關規(guī)范和設計要求，而且可以適時、精準地提供數(shù)據(jù)，使其滿足信息化施工的規(guī)范規(guī)定要求。

2.5 監(jiān)測項目及點位布置

本實驗按照實際工程的情況，將基坑圍護施工和開挖施工的時間段作為監(jiān)測工作的重點階段。

依據(jù)《基坑工程設計規(guī)程》的規(guī)范規(guī)定，本試驗在基坑施工過程中主要的監(jiān)測內(nèi)容為以下幾點：

1)圍護墻頂沉降、位移；2)圍護墻深部水平位移(測斜)；3)立柱隆沉；4)支撐軸力；5)坑外水位；6)地表沉降。

2.6 監(jiān)測點埋設

本模型實驗可以在(8 000×6 000×3 000)mm3模型箱中進行。各監(jiān)測點布設位置和密集程度應根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)的類型、深基坑開挖的步距、監(jiān)測基坑段的特點和周圍情況來進行布設。并且從基坑的現(xiàn)場情況出發(fā)，要根據(jù)實際圍護結(jié)構(gòu)墻體分幅情況和分區(qū)開挖的參數(shù)，來布置監(jiān)測點。

2.6.1 圍護墻頂沉降

監(jiān)測點的布設需沿圍護墻體圈梁所對應的墻體邊測斜孔的位置進行布設。通常在圍護墻上埋設帶圓頭的不銹鋼沉降標志的方式布設監(jiān)測點。

2.6.2 支撐軸力

因為基坑周圍的側(cè)向土壓力會對基坑支護產(chǎn)生軸向壓力，如果大于支撐所能夠承受的最大極限荷載，就會引發(fā)安全事故。所以為了能夠及時的掌握混凝土支撐的內(nèi)力狀態(tài)，我們需在混凝土支撐支護上設置支撐軸力監(jiān)測點?；炷林屋S力監(jiān)測可以通過在混凝土支護澆筑的前期，進行鋼筋計的綁扎。在混凝土澆筑的同時將鋼筋計直接澆筑在支撐當中。

2.6.3 坑外地下水位

通常情況下在基坑開挖的過程中和圍護結(jié)構(gòu)在后期的止水時期，都需對坑外水位進行監(jiān)測。大量工程實例表明，在基坑開挖時如果不注意坑外水位，很有可能造成圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生滲水、漏水現(xiàn)象，造成大量坑外水流入坑內(nèi)的情況，并引發(fā)安全事故的情況，所以需要及時的對坑外水位進行監(jiān)測，掌握坑外水位的情況，并及時的做出相應的措施。

水位管的埋設通常采用鉆孔的方式。水位管的埋設深度應大于基坑開挖深度。并且埋設時在圍護墻兩側(cè)都需要設置。

2.6.4 坑外地表沉降

坑外地表沉降是基坑監(jiān)測中最重要、也是最基本的監(jiān)測項目，因為它直觀地反映了基坑周邊地表土的變形情況，可以對基坑的各類變化有較為直觀的預警。通常的測點布置采用地表樁的形式，并沿著基坑四周布置。在支撐對應的外側(cè)路面上的兩邊各布設3個，距圍護墻距離分別為0.3 m,0.6 m,1.0 m。

3 試驗結(jié)果分析

本模型實驗方案如上所述，施工方案按實際施工進行操作，控制其他所有變量，測量時間與實際相同，得到數(shù)據(jù)可以用以分析基坑變形。通過分析上述三個不同步距的基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：不同的施工開挖步距會對基坑變形產(chǎn)生不同的影響。無論是基坑周邊土體的水平位移還是周圍路面的沉降，比較發(fā)現(xiàn)，一次性開挖到底的施工步距的影響都表現(xiàn)為最大。而隨著步距的增加，分步開挖次數(shù)的增多，其對周圍土體的影響會慢慢減小。但是對于水位影響都相差不大。同時發(fā)現(xiàn)，基坑底部隆起程度也會隨著開挖分步次數(shù)的增加而變小。同時對于支撐，比較鋼筋計等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著時間的增加，同樣三號基坑支護的支撐力較其他兩種要小。

4 結(jié)語

在深基坑開挖過程中，選擇合理的開挖步距，增加開挖次數(shù)，有助于實現(xiàn)減小基坑開挖對周圍的影響，更好的做到基坑的保護。文章結(jié)合實際情況進行縮小比例的實際工況模擬，得到相關數(shù)據(jù)并進行分析，對實際工程中深基坑的開挖具有一定的指導意義。