裴 迅，肖 穎

（1.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，鄭州451100；2.鄭州市西繞城公路建設(shè)發(fā)展有限公司，鄭州451100）

0 引言

在城際鐵路明挖法隧道工程的設(shè)計(jì)中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在明挖法工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要的比重。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量工程數(shù)據(jù)表明，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用在整個(gè)工程造價(jià)中約占1/3。因此，科學(xué)合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅能夠節(jié)約工程的總造價(jià)，保證工程及周邊環(huán)境的安全，而且能夠帶來(lái)可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

20世紀(jì)40年代，Terzaghi[1]和Peck[2]等人通過(guò)大量的工程分析和研究，提出了預(yù)估挖方的穩(wěn)定程度和支撐受荷大小的總應(yīng)力法；20世紀(jì)50年代，Bjeruum和Eide通過(guò)對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中底板隆起量的分析和研究，總結(jié)出了確定基底隆起的方法[3]。

我國(guó)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的相對(duì)較晚。曾慶義、楊曉陽(yáng)[4]通過(guò)對(duì)基坑抗隆起穩(wěn)定影響因素的分析，總結(jié)出了基坑支護(hù)開(kāi)挖中抗隆起穩(wěn)定的計(jì)算方法；劉國(guó)彬、侯學(xué)淵[5]根據(jù)大量的試驗(yàn)分析及研究，對(duì)上海地區(qū)的典型軟土的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了研究，對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及基坑開(kāi)挖施工有重要的意義。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式

通過(guò)對(duì)大量基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，剛性圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式有墻體向坑內(nèi)平移、墻體繞墻趾向坑內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)、墻體繞墻頂向坑內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)三種；柔性圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式，表示墻體向坑內(nèi)鼓脹。

2 支護(hù)體系施工監(jiān)測(cè)

以鄭機(jī)城際鐵路明挖隧道深基坑工程為研究背景，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)資料的分析研究，總結(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的基本規(guī)律，同時(shí)結(jié)合鋼支撐實(shí)際受力情況，對(duì)支護(hù)體系各部分的協(xié)同作用進(jìn)行研究。

2.1 工程背景

本期施工為鄭機(jī)城際鐵路地下段第Ⅳ標(biāo)段，總長(zhǎng)為5 216.1m，設(shè)計(jì)起止里程為DK38+883.90～DK44+100。由于區(qū)間段結(jié)構(gòu)斷面過(guò)大，擬采用明挖順作法進(jìn)行施工。

2.2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案

研究對(duì)象為超深基坑工程項(xiàng)目，基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬度為14.15m，深22m。本建深基坑選用的支護(hù)方案為：先對(duì)第一層按照1:1.25的比例土進(jìn)行放坡開(kāi)挖，再施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。鉆孔灌注樁選用直徑為1 000mm，樁間距為1 400mm，樁體之間土采用噴射混凝土封閉，樁頂設(shè)置冠梁，尺寸1 000×1 000mm。樁身長(zhǎng)25.4m，其中嵌固深度為9.4m?；拥貙咏Y(jié)構(gòu)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

2.2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

結(jié)合研究?jī)?nèi)容，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及工程的特點(diǎn)，對(duì)基坑變形進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。施工前應(yīng)做好對(duì)周圍建筑物（含地下管線）情況的調(diào)查及記錄工作，基坑開(kāi)挖后，應(yīng)及時(shí)觀察基坑內(nèi)外情況，對(duì)工程和水文地質(zhì)情況，支護(hù)狀態(tài)及地面的變形、裂縫情況進(jìn)行記錄。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

1）圍護(hù)樁體水平位移（樁體變形）；

2）圍護(hù)樁頂水平位移；

2.2.2 監(jiān)測(cè)方法

1）圍護(hù)樁體水平位移（樁體變形）監(jiān)測(cè)

圖1 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面示意圖

圍護(hù)樁的樁體變形監(jiān)測(cè)采用測(cè)斜儀和預(yù)埋的測(cè)斜管。測(cè)斜儀是一種能夠精確測(cè)量支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測(cè)量?jī)x器。其核心設(shè)備是二力平衡的伺服加速度計(jì)。具有耐久性，高精度,快速反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。本工程采用SR-IM便攜式數(shù)字管樁測(cè)斜儀，現(xiàn)場(chǎng)樁體變形監(jiān)測(cè)見(jiàn)圖2。

圖2 樁體變形監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)

2）圍護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)按《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026-2016二等水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)技術(shù)要求觀測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移觀測(cè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，一般采用極坐標(biāo)法。本工程圍護(hù)樁頂水平位移使用全站儀進(jìn)行量測(cè)，測(cè)點(diǎn)水平位移觀測(cè)采用極坐標(biāo)法。

2.2.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

根據(jù)工程的實(shí)際情況，科學(xué)合理的布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧監(jiān)測(cè)布置點(diǎn)與工作量此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。力爭(zhēng)用較少的工作量來(lái)反映基坑的穩(wěn)定性的變化情況，達(dá)到各種監(jiān)測(cè)結(jié)果、作用關(guān)系相互驗(yàn)證的目的。本基坑工程采用如下測(cè)點(diǎn)布置方式：

在基坑兩側(cè)冠梁上分別布置樁體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，相鄰兩側(cè)點(diǎn)水平間距為15m。測(cè)點(diǎn)編號(hào)為cx-01-01、cx-01-02、cx-01-03和 cx-02-01、cx-02-02、cx-02-03。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖見(jiàn)圖3。

2.2.4 監(jiān)測(cè)頻率與周期

本工程監(jiān)測(cè)周期自基坑開(kāi)挖前測(cè)量初始值開(kāi)始到基坑回填完畢結(jié)束。當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過(guò)報(bào)警值或有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，需加密監(jiān)測(cè)。

2.3 樁體水平位移變化規(guī)律

重點(diǎn)分析本工程設(shè)計(jì)里程段DK42+190-DK42+250樁體水平位移。

圍護(hù)樁體水平位移變化規(guī)律的監(jiān)測(cè)，是基坑開(kāi)挖過(guò)程穩(wěn)定性最直接反應(yīng)。由于土方開(kāi)挖對(duì)測(cè)斜管造成堵塞等原因，選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)cx-02-01的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體位置見(jiàn)圖3?；娱_(kāi)施工過(guò)程中，土方開(kāi)挖順序、無(wú)支撐暴露時(shí)間等施工因素對(duì)圍護(hù)樁體的穩(wěn)定和變形有著密切的聯(lián)系，圍護(hù)樁體的變形隨著基坑開(kāi)挖過(guò)程的不同而不同。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖

通過(guò)對(duì)5個(gè)主要施工時(shí)間階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)：樁頂位移位于3～5mm內(nèi)，最大水平位移為8.52mm，其中絕大部分的位移量發(fā)生在第一層鋼支撐施加之前。樁身位移最大值為8.52mm，且未超過(guò)警戒值50mm，所以基坑是安全的，圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足工程要求。基坑支護(hù)開(kāi)挖過(guò)程中樁體水平位移變化曲線如圖4所示。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)cx-02-01各施工階段水平位移變化曲線

圖4反應(yīng)的是各個(gè)主要施工階段樁體水平位移隨基坑深度變化的曲線，也是圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀況的重要指標(biāo)。由圖中2013/8/11曲線可知，基坑放坡開(kāi)挖對(duì)圍護(hù)樁的水平位移的影響不大。由于土方開(kāi)挖深度較小，此時(shí)圍護(hù)樁位移表現(xiàn)出懸臂樁的性狀，樁頂水平位移為-1.23mm。

比較曲線2013/8/22和曲線2013/9/8可知，在基坑開(kāi)挖初期，由于基坑無(wú)支撐暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，樁頂向基坑內(nèi)側(cè)水平位移明顯增大，隨著第一層鋼支撐的安裝及對(duì)圍護(hù)樁的限制作用，圍護(hù)樁向基坑內(nèi)的水平位移減小并逐漸向基坑外側(cè)發(fā)展，限制了圍護(hù)樁水平位移進(jìn)一步向基坑內(nèi)的發(fā)展。由于施工機(jī)械、氣候變化和建材運(yùn)輸車輛的影響，樁頂水平位移波動(dòng)明顯增強(qiáng)，但不影響基坑的穩(wěn)定。

曲線2013/9/28表明，隨著基坑開(kāi)挖深度的繼續(xù)增加，圍護(hù)樁水平位移向基坑內(nèi)側(cè)發(fā)展，主動(dòng)土壓力顯著增大，樁體位移表現(xiàn)出明顯的時(shí)空效應(yīng)。由于第二層鋼支撐的及時(shí)架設(shè)，控制了基坑變形的發(fā)展。同時(shí)由于第一層鋼支撐的作用，樁頂水平位移為3.83mm。

曲線2013/10/13是基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高時(shí)樁體的水平位移曲線，由于第三層鋼支撐的施加，樁身在1.0m處水平位移值為向基坑外3.99mm；在基坑深度3.0m處，表現(xiàn)為向基坑內(nèi)8.52mm，且均控制在樁體水平位移最大允許值50mm內(nèi)。

3 結(jié)論

以鄭機(jī)城際鐵路隧道深基坑為工程背景，研究了深基坑工程中鉆孔灌注樁+鋼支撐支護(hù)體系的受力特征及變形規(guī)律。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：

1）分析了深基坑常見(jiàn)的變形現(xiàn)象及變形機(jī)理，研究了支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的適用性及支護(hù)體系的破壞模式。為保證基坑變形控制在工程允許范圍內(nèi)，選擇合理的支護(hù)設(shè)計(jì)方案并對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，開(kāi)展信息化施工。

2）對(duì)基坑開(kāi)挖施工進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)分析了圍護(hù)樁變形。圍護(hù)樁水平位移不僅是評(píng)價(jià)圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全的重要指標(biāo)，而且與鋼支撐軸力變化密切相關(guān)。同時(shí)，由于鋼支撐對(duì)圍護(hù)樁的作用下，基坑地表沉降發(fā)展也得到了限制?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，基坑支護(hù)體系滿足受力和變形要求，且基坑設(shè)計(jì)方案較保守。