楊 柳 曹 虹

騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 上海 200122

隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，深基坑工程也越來越多，深基坑工程向著更深、更寬、更復(fù)雜的方向發(fā)展。在工程施工過程中，往往會(huì)遇到各種問題影響施工，不可避免地出現(xiàn)中斷施工現(xiàn)象。深基坑往往采用臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系作為支護(hù)體系來保證基坑開挖和結(jié)構(gòu)施工期間的安全。深基坑工程具有明顯的時(shí)空效應(yīng)，中斷施工時(shí)間越長，時(shí)間效應(yīng)的影響就越大，如何保證在中斷施工期間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形以及周邊地面沉降、坑底隆起等在安全范圍內(nèi)是必須要解決的問題。

通過工程實(shí)踐可知，基坑變形具有時(shí)間、空間效應(yīng)規(guī)律[1]，即基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍土體具有時(shí)間、空間關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，其主要體現(xiàn)在：基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體內(nèi)力和位移隨時(shí)間增加而改變；基坑周圍的土體沉降及側(cè)向位移隨時(shí)間增加而改變[2]。中斷施工時(shí)間較長時(shí)，時(shí)間效應(yīng)將成為主要影響因素，空間效應(yīng)會(huì)變?yōu)榇我绊懸蛩豙3]。中斷施工會(huì)對(duì)基坑穩(wěn)定性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、地表沉降、坑底隆起等方面產(chǎn)生影響[4]。

支撐伺服控制系統(tǒng)通過控制支撐軸力來控制基坑變形，將支撐軸力與基坑變形進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，從而將被動(dòng)控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)控制，使得基坑控制向更積極、更自主的方向發(fā)展[5]。

1 中斷施工對(duì)基坑工程的影響

1.1 中斷施工對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響

土體具有流變性，在施工時(shí)間比較短時(shí)，表現(xiàn)不明顯；而當(dāng)中斷施工時(shí)間較長時(shí)，土體的流變性將逐漸增大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)的土體強(qiáng)度將降低，支撐結(jié)構(gòu)軸力將損失，圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系的受力將發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將降低?；拥娘L(fēng)險(xiǎn)將變大，嚴(yán)重時(shí)將造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大、滲漏水，甚至基坑坍塌等事故。

1.2 中斷施工對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形一般隨基坑的開挖而增大，最大開挖變形在開挖面附近，中斷施工后隨著時(shí)間效應(yīng)的增大，土體抗剪強(qiáng)度隨著基坑暴露時(shí)間的增加而逐漸減小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一定的水平位移，隨著時(shí)間的增加，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移逐漸增加，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形也隨之改變，基坑安全性漸漸降低。

1.3 中斷施工對(duì)地表沉降的影響

基坑開挖過程中，外側(cè)土體被擾動(dòng)，地表會(huì)產(chǎn)生沉降；中斷施工后，隨著外側(cè)土體內(nèi)的應(yīng)力消散，土體變形會(huì)逐漸變小。地表沉降主要受圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響。中斷施工后支撐軸力會(huì)逐漸損失，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形會(huì)逐漸增大，而外側(cè)地表沉降也隨之增大。隨著中斷施工時(shí)間的增長，土體流變性越明顯，地表沉降也越大。而降低地下水后，土體內(nèi)的有效應(yīng)力增大，也會(huì)增大地表沉降。

1.4 中斷施工對(duì)坑底隆起的影響

基坑開挖卸荷后，坑底土體應(yīng)力釋放，開挖的同時(shí)坑底會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)回彈，由于臨時(shí)中斷施工導(dǎo)致土體的流變逐步發(fā)展，故坑底隆起會(huì)隨著基坑暴露時(shí)間的增加而增加。基坑內(nèi)側(cè)土體伴隨著應(yīng)力釋放，具有了膨脹的趨勢(shì)而產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓力，隨著臨時(shí)中斷施工導(dǎo)致基坑暴露時(shí)間的延長，負(fù)孔隙水壓力會(huì)逐漸消散，使得土體吸水膨脹，有回彈的趨勢(shì)，從而使得坑底隆起逐漸增大。

基坑開挖面周圍土體的應(yīng)力水平處于開挖階段的最高值，基坑暴露時(shí)間過長，在一定條件下可能會(huì)造成流土、管涌等事故，需要慎重對(duì)待。

2 工程背景

上海軌道交通某地鐵車站，總長143.9 m，標(biāo)準(zhǔn)寬度25.2 m，為地下3層雙柱三跨14 m的島式站臺(tái)車站，覆土深度4.66 m。車站周邊建筑物較密集，建筑物與車站標(biāo)準(zhǔn)段地下3層基坑最近距離9.1 m，距車站端頭井基坑最近7.8 m；建筑物距車站外掛3號(hào)、4號(hào)風(fēng)亭地下2層基坑最近6.9 m。

2.1 基坑概況

車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約2 5.4 2 m，地下連續(xù)墻厚1 200 mm，深55 m；沿基坑深度方向設(shè)置7道支撐，其中第1、第5道為鋼筋混凝土支撐。第1道鋼筋混凝土支撐截面800 mm×1 100 mm，第5道鋼筋混凝土支撐截面1 000 mm×1 000 mm，頂圈梁截面1 100 mm×1 200 mm，第6道為φ800 mm（t=20 mm）鋼管支撐，其余均為φ609 mm（t=16 mm）鋼管支撐。

南端頭井基坑深約2 6.9 4 m，地下連續(xù)墻厚1 200 mm，深55 m；沿基坑深度方向設(shè)置7道支撐，其中第1、第5道為鋼筋混凝土支撐。第1道鋼筋混凝土支撐截面800 mm×1 100 mm，第5道鋼筋混凝土支撐截面1 000 mm×1 000 mm，頂圈梁截面1 100 mm×1 200 mm，第6道為φ 800 mm（t=20 mm）鋼管支撐，其余均為φ609 mm（t=16 mm）鋼管支撐。

北端頭井基坑深約2 7.3 7 m，地下連續(xù)墻厚1 200 mm，深55 m；沿基坑深度方向設(shè)置7道支撐，其中第1、第5道為鋼筋混凝土支撐。第1道鋼筋混凝土支撐截面800 mm×1 100 mm，第5道鋼筋混凝土支撐截面1 000 mm×1 000 mm，頂圈梁截面1 100 mm×1 200 mm，第6道為φ 800 mm（t=20 mm）鋼管支撐，其余均為φ609 mm（t=16 mm）鋼管支撐（圖1）。

圖1 基坑支撐布置剖面

2.2 地層

本車站地基土在80.00 m深度范圍內(nèi)均為第四紀(jì)松散沉積物，屬第四系濱海平原地基土沉積層，主要由飽和黏性土、粉土和粉砂組成，一般具有成層分布特點(diǎn)?？辈斐晒砻?，擬建場地位于古河道沉積區(qū)，缺失⑥層，分布有⑤1t層灰色砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤2-2灰色黏質(zhì)粉土與粉質(zhì)黏土互層、⑤31a灰色粉質(zhì)黏土和⑤32b層灰色粉砂，這3層對(duì)基坑施工不利；⑤32b層灰色粉砂的厚度變化較大。

2.3 周邊建筑物及地下管線

本站周邊建筑密集，地下管線眾多。主要為3～5層建筑，以企事業(yè)單位、廠房為主。車站主體結(jié)構(gòu)距建筑物邊線最近僅4 m。

3 模型建立及數(shù)值模擬

3.1 模型建立

絕大多數(shù)的軟土問題都可以用HS模型來分析，但是考慮蠕變，即次壓縮的情況下不宜用該模型。所有的軟土都有一定的蠕變性質(zhì)，因此主壓縮后面總是跟隨著一定程度的次壓縮。假設(shè)次壓縮是主壓縮的1%，那么很明顯，當(dāng)主壓縮量很大時(shí)，蠕變的問題是重要的。

SSC模型共有9個(gè)參數(shù)，包括：3個(gè)摩爾-庫侖強(qiáng)度參數(shù)，即有效黏聚力 、有效內(nèi)摩擦角 、剪脹角 ；3個(gè)基本剛度參數(shù)，即修正的膨脹指標(biāo)、修正的壓縮指標(biāo)、修正的蠕變指標(biāo)；3個(gè)高級(jí)參數(shù)，即卸載-重加載情況下的泊松比 （缺省值0.15）、正常固結(jié)狀態(tài)的應(yīng)力比 、相關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)可以通過等向壓縮試驗(yàn)或者固結(jié)儀試驗(yàn)來確定。

采用同地區(qū)以往的模型參數(shù)為參考，并根據(jù)變形實(shí)測反饋進(jìn)行參數(shù)修正，使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際基本一致，修正后的模型參數(shù)用于整個(gè)基坑的軸力計(jì)算。結(jié)合勘察報(bào)告，以反分析法和上海地區(qū)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)取值得到SSC模型所需的相關(guān)參數(shù)。

3.2 數(shù)值模擬

該地鐵車站春節(jié)前施工至風(fēng)亭底板，中斷施工2個(gè)月。為盡量減小中斷施工期間基坑圍護(hù)變形，采用有限元軟件進(jìn)行模擬分析，計(jì)算不同方案下基坑圍護(hù)變形的增長情況。

計(jì)算模型如圖2所示，采用軟土蠕變本構(gòu)模型，不考慮周邊建筑。

圖2 軟土蠕變本構(gòu)模型

以0.1%H（H為開挖深度）為位移控制目標(biāo)，在支撐承載力范圍內(nèi)通過“雙控法”得到支撐初始施加軸力[6]。支撐初始施加軸力分別為：第2道鋼支撐-600 kN，第3道鋼支撐-700 kN，第4道鋼支撐-1 000 kN，第6道鋼支撐-1 300 kN，第7道鋼支撐-1 300 kN。

3.3 方案對(duì)比分析

1）方案一：僅在風(fēng)亭底部澆筑底板。

2）方案二：澆筑風(fēng)亭底板，并在節(jié)前加快施工至第6道支撐處，在第6道支撐處加內(nèi)撐。

3）方案三：澆筑風(fēng)亭底板，并將第6道支撐上移至與風(fēng)亭底板齊平處（圖3）。

4）方案四： 施工至風(fēng)亭底板處，并齊平風(fēng)亭底板澆筑整塊墊層（圖4）。

圖3 第6道支撐上移示意

圖4 澆筑整個(gè)底板示意

5）方案五為無任何措施。

5種不同方案下的地下連續(xù)墻變形情況如表1所示。

表1 不同方案下的地下連續(xù)墻變形情況

根據(jù)以上幾個(gè)方案對(duì)比，考慮安全性和施工便利性，最終選擇方案四（澆筑整個(gè)底板）作為實(shí)施方案。實(shí)際中斷施工期間地下連續(xù)墻最大側(cè)向變形由22.08 mm增長至27.14 mm。與模型計(jì)算結(jié)果較吻合，也表明模型的選擇比較合理，控制效果較好。

4 中斷施工時(shí)的主要對(duì)策措施

4.1 基坑穩(wěn)定性措施

采用支撐軸力伺服系統(tǒng)，減小軸力損失而引起的影響，增強(qiáng)圍護(hù)體系的整體穩(wěn)定性、有效性。加強(qiáng)監(jiān)測，坑內(nèi)設(shè)置排水溝、集水井，及時(shí)排出基坑內(nèi)的地下水。

4.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形措施

采用支撐軸力伺服系統(tǒng)，增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)外側(cè)土體的支撐效果，減小外側(cè)土體的應(yīng)力消散。

4.3 地表沉降措施

采用支撐軸力伺服系統(tǒng)，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，從而減小對(duì)外側(cè)土體的不利影響。減小基坑周邊附加荷載，盡量少堆放材料設(shè)備，減小振動(dòng)。

4.4 坑底隆起措施

及時(shí)施做臨時(shí)板，可有效抑制坑底的隆起。可采取地下水回灌措施，坑底堆積臨時(shí)荷載，加強(qiáng)監(jiān)測。

5 結(jié)語

深基坑中斷施工期間，存在著諸多危險(xiǎn)，通過建立模型進(jìn)行數(shù)值分析，可預(yù)測基坑變形的危險(xiǎn)點(diǎn)。通過采取支撐軸力伺服系統(tǒng)的主動(dòng)控制措施，可有效控制基坑變形；澆筑臨時(shí)混凝土板可提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，有效防止坑底隆起造成的影響。通過加強(qiáng)監(jiān)測、地下水及時(shí)回灌、實(shí)行信息化施工等措施來降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，確?；又袛嗍┕て陂g的安全性、有效性，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。