張 猛 陳 斌

(1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.寧波工程學(xué)院 建筑與交通工程學(xué)院，浙江 寧波 315211;3.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315101)

0 引言

基坑工程的“時(shí)空效應(yīng)”是指在施工過(guò)程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊土體變形隨施工周期、坑底無(wú)支撐暴露時(shí)間、開(kāi)挖空間尺度和深度的變化而發(fā)展的理論，特別是在軟土地區(qū)，當(dāng)深基坑臨近河流湖泊時(shí)，使得地質(zhì)條件更加復(fù)雜，開(kāi)挖過(guò)程中的時(shí)空效應(yīng)也變得更為明顯.

有眾多學(xué)者針對(duì)軟土地區(qū)深基坑施工階段時(shí)空效應(yīng)變化規(guī)律開(kāi)展了大量研究.劉建航等[1]結(jié)合上?；庸こ蹋岢隽丝紤]時(shí)空效應(yīng)預(yù)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的理論和方法.Wang等[2]收集了不同支護(hù)形式的基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析得到了基坑的最大側(cè)移及地表最大沉降的規(guī)律.劉愛(ài)華等[3]采用時(shí)空效應(yīng)理論中的分區(qū)間、分時(shí)段等有效措施控制和減小了土體產(chǎn)生的最大位移.黃玨皓等[4]對(duì)寧波某基坑開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行模擬，分析在時(shí)間效應(yīng)理論下支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn).胡之鋒等[5]分析了某地鐵基坑鋼支撐滯后架設(shè)導(dǎo)致坑底無(wú)支撐暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)地表沉降的影響規(guī)律.李偉[6]結(jié)合上海某地鐵基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了沉降主要發(fā)生在土方開(kāi)挖的過(guò)程中,且施工中時(shí)空效應(yīng)較明顯.

目前，針對(duì)軟土地區(qū)臨河深基坑基于時(shí)空效應(yīng)的地表沉降變化規(guī)律研究較少，缺乏工程經(jīng)驗(yàn).本文以寧波市軌道交通5號(hào)線一期工程興莊路站為工程背景，對(duì)軟土地區(qū)臨河深基坑進(jìn)行重點(diǎn)分析，輔以對(duì)比5號(hào)線一期工程類(lèi)似地質(zhì)條件的非臨河深基坑下應(yīng)路站，從時(shí)間、空間角度，重點(diǎn)分析在開(kāi)挖過(guò)程中，地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形發(fā)展規(guī)律及分析臨河因素對(duì)地表沉降的影響.

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

寧波市軌道交通5號(hào)線一期工程興莊路站為地下二層島式車(chē)站，總體分二期施工，一期施工東基坑，二期施工西基坑.本文結(jié)合東基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形發(fā)展規(guī)律.

東基坑采用明挖順作法施工，標(biāo)準(zhǔn)段深度16.5 m，端頭井深度18.0 m.圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段采用1道砼支撐+4道鋼支撐，端頭井采用1道砼支撐+5道鋼支撐.標(biāo)準(zhǔn)段地連墻插入比為1.07，端頭井插入比為1.14.標(biāo)準(zhǔn)段支撐橫斷面及參數(shù)見(jiàn)圖1.

興莊路站北側(cè)為大葉界河，因主體結(jié)構(gòu)距離河道最近約1.2 m(圍堰后距離為7.5 m)，且河流寬度約15 m～20 m， 河水位一般低于地面0.0 m～2.0 m，水深約2.0 m，浮泥厚度約0.3 m～0.6 m.主體結(jié)構(gòu)與大葉界河相對(duì)位置見(jiàn)圖2.

1.2 地質(zhì)條件

寧波軟土具有高含水量、高孔隙比、高流變性、壓縮性大、滲透性差等特點(diǎn)，這點(diǎn)與其他地區(qū)的軟土特征相同，差別在于寧波軟土抗剪強(qiáng)度變化范圍更大[7].基坑開(kāi)挖影響涉及土層主要物理力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表1.

表1 主要物理力學(xué)參數(shù)表

1.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

東基坑全長(zhǎng)約103 m，主體結(jié)構(gòu)按照每塊25 m左右，劃分為4塊，開(kāi)挖采用分層分段從兩端向中間開(kāi)挖.

現(xiàn)將東基坑標(biāo)準(zhǔn)段施工過(guò)程分為九個(gè)工況，詳見(jiàn)表2.由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是從架設(shè)完第一道砼支撐之后開(kāi)始采集，因此沒(méi)有工況一的變形曲線.東基坑監(jiān)測(cè)平面圖見(jiàn)圖3.

表2 標(biāo)準(zhǔn)段工況概述表

2 地表沉降規(guī)律時(shí)空效應(yīng)分析

深基坑本身是具有平面尺寸和立面深度的三維空間結(jié)構(gòu)，加上時(shí)間的影響作用，可將開(kāi)挖過(guò)程看成四維空間問(wèn)題.基坑開(kāi)挖破壞原有穩(wěn)定狀態(tài)，坑內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向坑內(nèi)擠壓移動(dòng)態(tài)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生位移.同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形會(huì)導(dǎo)致周?chē)馏w應(yīng)力發(fā)生重分布，在土體自重、軟土流塑性的影響下，致使坑內(nèi)外土體產(chǎn)生向下發(fā)展趨勢(shì)，最終發(fā)生地表沉降[8].地表沉降在有無(wú)地面超載的情況下，變形特征迥異，同時(shí)由于主體結(jié)構(gòu)靠近河流，臨河因素可能主要由于軟土層埋深的變化以及非對(duì)稱(chēng)荷載的作用影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂端位移，進(jìn)而影響地表沉降變化.

根據(jù)興莊路站地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況，選取代表性測(cè)點(diǎn)對(duì)深基坑地表沉降隨時(shí)間、空間變化規(guī)律進(jìn)行分析.

2.1 地表沉降隨時(shí)間變化規(guī)律分析

臨河側(cè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(D1～D6)由于靠近大葉界河，因此垂直基坑走向只布設(shè)2組測(cè)點(diǎn)，非臨河側(cè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(D48～D55)垂直基坑走向均布設(shè)5組，測(cè)點(diǎn)間距分別為4 m、9 m、12 m、12 m、15 m，其中第一個(gè)間距是指首個(gè)測(cè)點(diǎn)距基坑主體結(jié)構(gòu)的距離.結(jié)合測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況，選取臨河側(cè)端頭井D1測(cè)點(diǎn)、臨河側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部D3測(cè)點(diǎn)及背河側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部D51測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，圖4為地表沉降隨時(shí)間變化圖.

綜上所述，對(duì)肺癌合并糖尿病患者實(shí)施目標(biāo)性護(hù)理服務(wù)有助于降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生，有助于提高患者的臨床療效、預(yù)后康復(fù)效果，保持血糖穩(wěn)定，應(yīng)用效果良好。

由圖4可以看出：(1)開(kāi)挖初期，地表沉降值變化較小，分析原因主要是第一道砼支撐及相鄰鋼支撐的約束.(2)隨開(kāi)挖的持續(xù)進(jìn)行，除距離基坑較遠(yuǎn)處的D51-5測(cè)點(diǎn)外，其余測(cè)點(diǎn)沉降絕對(duì)值均不斷變大.(3)沉降變化隨底板澆筑完成形成強(qiáng)度可分為前后兩部分.在施工進(jìn)行到工況五時(shí)，隨著第五道支撐的架設(shè)及結(jié)構(gòu)底板的施作，施作時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致坑底無(wú)支撐暴露時(shí)間較長(zhǎng)，這一階段地表沉降速率明顯變大，表現(xiàn)出明顯的時(shí)間效應(yīng)，到工況六底板澆筑完成，地表沉降速率逐漸變緩.

為進(jìn)一步分析地表沉降基于時(shí)間效應(yīng)的變化規(guī)律，對(duì)各個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同工況下的沉降最大值進(jìn)行擬合分析，擬合曲線圖見(jiàn)圖5.結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可將地表沉降最大值發(fā)展模式擬合為多項(xiàng)式函數(shù)方式，表達(dá)式為：

y=0.008 3x2-2.134 2x+29.069 8

(1)

式中：x—開(kāi)挖天數(shù)(d)；y—不同工況下地表沉降最大值(mm).

相關(guān)度R2=0.992 6，對(duì)比參考文獻(xiàn)[4]中R2=0.990，本文擬合效果更好.從圖5中可以看出，隨工況的持續(xù)進(jìn)行，地表沉降變化持續(xù)增大，在工況五、工況六底板施作過(guò)程中，地表沉降速率較快，占開(kāi)挖階段總變形比例也較大，底板的施作完成及產(chǎn)生強(qiáng)度后，地表沉降速率明顯減小.基于上述現(xiàn)象，在保證底板強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量加快底板施工速度，減少坑底無(wú)支撐暴露時(shí)間，并通過(guò)減少周?chē)┕_動(dòng)進(jìn)一步約束圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，從而減小地表沉降.

2.2 地表沉降隨空間變化規(guī)律分析

開(kāi)挖過(guò)程中，平面尺寸、立面深度的大小都將影響主體結(jié)構(gòu)本身及周邊環(huán)境的變形.采用同濟(jì)啟明星深基坑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件FRWS 7.0對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算.選取東基坑標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行分析，主動(dòng)側(cè)土壓力采用朗肯主動(dòng)土壓力，被動(dòng)側(cè)基床系數(shù)采用“m”法計(jì)算，地面超載取20.0 kPa，地表沉降采用同濟(jì)拋物線法計(jì)算，計(jì)算方法如下：

地表沉降范圍：

x0=(H+D)·tg(45°-φ/2)

(2)

地表最大沉降：

(3)

Δδ=0.5(δw1+δw2)

(4)

各點(diǎn)沉降：

(5)

式中：H—開(kāi)挖深度(m)；D—開(kāi)挖面以下圍護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度(m)；φ—土層內(nèi)摩擦角；Sw—圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移面積(m2)；x—與基坑間距(m)；δw1、δw2—圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂、底端位移(mm).

由上述計(jì)算公式可知，地表沉降值不僅與開(kāi)挖深度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度有關(guān)，還與圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移有關(guān).

在陳斌[9]統(tǒng)計(jì)的寧波軌道交通1、2號(hào)線13個(gè)車(chē)站基坑實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，加上本文前面分析的興莊路站、下應(yīng)路站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)地表沉降變形規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

圖6為統(tǒng)計(jì)的15個(gè)站點(diǎn)地表沉降最大值δvm與開(kāi)挖深度H之間的關(guān)系圖.由圖6可以看出，δvm落于0.13%H與1.2%H之間，平均值為0.72%H.本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果大于朱瑤宏[10]統(tǒng)計(jì)的寧波地區(qū)平均值(介于0.15%H～1.2%H，平均值約為0.69%H)，但差距僅為0.03%.

圖7為統(tǒng)計(jì)的15個(gè)站點(diǎn)地表沉降最大值δvm與圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均最大水平位移δhm之間的關(guān)系圖.由圖7可以看出，δvm落于0.6δhm與3.07δhm之間，平均值為1.67δhm.統(tǒng)計(jì)結(jié)果小于朱瑤宏[10]統(tǒng)計(jì)的寧波地區(qū)平均值(基本介于0.6δhm～3.07δhm，平均值約為1.72δhm).由統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比可知，興莊路站與下應(yīng)路站對(duì)地表沉降的控制均較好，且興莊路站控制效果好于下應(yīng)路站.

為進(jìn)一步分析地表沉降基于空間效應(yīng)的變化規(guī)律，通過(guò)軟件得到的設(shè)計(jì)計(jì)算位移、彎矩、剪力以及地表沉降結(jié)果圖見(jiàn)圖8.

結(jié)合實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比可知：實(shí)測(cè)變形值遠(yuǎn)大于相應(yīng)位置計(jì)算值，分析原因是軟件計(jì)算時(shí)建立的是二維模型，未考慮隨基坑開(kāi)挖尺寸變化、拐角變化對(duì)變形的影響，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形時(shí)未考慮土壓力持續(xù)發(fā)展時(shí)間效應(yīng).

選取地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1、D3、D51，繪制地表沉降在不同工況下的變化圖,見(jiàn)圖9.

結(jié)合圖9及地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置可知：(1)背河側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部D51測(cè)點(diǎn)相較于臨河側(cè)端頭井D1測(cè)點(diǎn)、臨河側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部D3測(cè)點(diǎn)，D51測(cè)點(diǎn)沉降值最大，且最大值出現(xiàn)在距離基坑13 m處的D51-2處，最大值出現(xiàn)位置約為0.75 H，沉降值大于報(bào)警值.(2)背河側(cè)沉降值明顯比臨河側(cè)沉降值大.結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出的臨河側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部測(cè)斜點(diǎn)CX03圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為70.9 mm，背河側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部測(cè)斜點(diǎn)CX49最大水平位移為82.7 mm，分析出現(xiàn)兩側(cè)沉降差異的主要原因?yàn)?，臨河側(cè)周邊荷載較小，背河側(cè)是住宅小區(qū)及城市道路，存在車(chē)輛、人群等不確定荷載，使得背河側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，從而導(dǎo)致背河側(cè)地表沉降值增大.

2.3 臨河因素對(duì)地表沉降影響分析

根據(jù)5號(hào)線一期工程類(lèi)似地質(zhì)條件的非臨河深基坑下應(yīng)路站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制不同工況下地表沉降變化圖見(jiàn)圖10，下面對(duì)比兩個(gè)車(chē)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析臨河因素對(duì)地表沉降的影響規(guī)律.

選取下應(yīng)路站北側(cè)端頭井D1測(cè)點(diǎn)、北側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部D6測(cè)點(diǎn)及南側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段中部D18測(cè)點(diǎn).因興莊路站大葉界河距主體結(jié)構(gòu)最近距離僅1 m左右，臨河側(cè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直基坑走向只布設(shè)2組，其余側(cè)均布設(shè)5組，下應(yīng)路站測(cè)點(diǎn)均布設(shè)6組.

對(duì)比圖9、圖10可知：(1)除臨河側(cè)測(cè)點(diǎn)外，其余測(cè)點(diǎn)地表沉降最大值出現(xiàn)位置約為0.75 H，沉降變形曲線呈現(xiàn)“凹槽形”.(2)興莊路站臨河側(cè)因河流對(duì)土體應(yīng)力釋放作用，以及臨河側(cè)外荷載較少、對(duì)基坑擾動(dòng)小，地表沉降值明顯小于背河側(cè)，且沉降曲線并非呈傳統(tǒng)“凹槽形”，而是隨著與坑邊距離的增大而減小.(3)臨河因素可能主要由于軟土層埋深的改變影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂端位移，進(jìn)而影響地表沉降變化.

3 小結(jié)

本文結(jié)合寧波軟土地區(qū)臨河深基坑興莊路站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中地表沉降的變化規(guī)律進(jìn)行分析.主要結(jié)論如下：

(1)將不同工況下地表沉降最大值發(fā)展模式擬合為多項(xiàng)式函數(shù)方式，在結(jié)構(gòu)底板施作過(guò)程中，地表沉降速率較快，占開(kāi)挖階段總變形比例也較大，結(jié)構(gòu)底板的施作完成及產(chǎn)生強(qiáng)度后，地表沉降速率明顯減小，體現(xiàn)出典型的時(shí)空效應(yīng).

(2)地表沉降值不僅與開(kāi)挖深度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度有關(guān)，還與圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移有關(guān).地表沉降最大值δvm與開(kāi)挖深度關(guān)系約為0.72%H，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均最大水平位移關(guān)系約為1.67δhm.

(3)臨河側(cè)地表沉降值明顯小于背河側(cè)，且沉降曲線并非呈傳統(tǒng)“凹槽形”，而是隨著與坑邊距離的增大而減小.臨河因素可能主要由于軟土層埋深的改變影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂端位移，進(jìn)而影響地表沉降變化.

(4)針對(duì)軟土深基坑工程，應(yīng)在保證底板強(qiáng)度的前提下，盡量加快底板施工速度，減少坑底無(wú)支撐暴露時(shí)間，并通過(guò)減少周?chē)┕_動(dòng)進(jìn)一步約束圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，從而有效減小地表沉降變形，降低對(duì)周?chē)h(huán)境的影響.