鄭艷，金鑫

（1.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 測(cè)繪遙感信息學(xué)院，廣東 廣州 510510；2.北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101）

0 引言

現(xiàn)階段我國(guó)各大中城市都處在軌道交通建設(shè)的高峰期。由于大量的基坑工程位于繁華的市中心，基坑的開挖對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和對(duì)周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng)并造成其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化對(duì)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地表不可避免地造成影響?；庸こ淌┕ひl(fā)的環(huán)境影響問題已經(jīng)日益成為城市地下工程關(guān)注的熱點(diǎn)問題[1-2]。

1 項(xiàng)目概況

該車站基坑場(chǎng)地地貌屬海陸交互相沖洪積平原地帶，地形平坦。地面高程為3.6～4.2 m之間，周邊現(xiàn)狀為農(nóng)田、水塘，周邊無建構(gòu)筑物且無管線。車站采用明挖順做法施工。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 基坑開挖階段的劃分及監(jiān)測(cè)典型斷面的選取

該地鐵車站基坑底板澆筑完成后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變形速率穩(wěn)定，選取有代表性并且累計(jì)變形較大的監(jiān)測(cè)斷面ZQT-02、ZQT-31，并選取相對(duì)應(yīng)的最大累計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。根據(jù)該地鐵車站基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)階段性變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后得出：

（1）土方開挖是圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形主要影響因素，占據(jù)了42-62%基坑開始土方開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體便開始受力變形?；觾?nèi)側(cè)卸去原有的土壓力，在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)則受到主動(dòng)土壓力；由于總是開挖在前，支撐在后，所以在安裝支撐以前已發(fā)生一定的先期變形，土方開挖造成的變形量為總變形量的42-62%，可以看出土方開挖是變形主要影響因素；另外基坑開挖期間的周邊荷載特別是土方車的動(dòng)載在一定程度上增加了墻后的土體壓力，加大了變形量。

（2）內(nèi)支撐施工時(shí)間的及時(shí)性對(duì)變形控制有一定的影響，占據(jù)了變形量5-13%車站基坑第一、二道支撐為混凝土支撐，第三道支撐為鋼管支撐。支撐施工的及時(shí)性、鋼支撐的預(yù)應(yīng)力是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求等因素對(duì)變形的發(fā)展控制有一定的影響。

（3）基坑土方開挖過程中停工導(dǎo)致基坑暴露造成的變形占據(jù)了10-14%左右基坑土方開挖過程中，即使架設(shè)支撐后并且基坑內(nèi)外側(cè)土壓力基本重新達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，但只要基坑底部沒有封閉，圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移的變形仍在緩慢發(fā)展。

（4）牛腿、地梁施工變形占據(jù)17-28%當(dāng)基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，因設(shè)計(jì)需要施工牛腿，且牛腿結(jié)構(gòu)施工的位置在連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，底板不能及時(shí)封閉，造成基坑較長(zhǎng)時(shí)間的暴露。

2.2 同一監(jiān)測(cè)斷面地表沉降點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示在工序1即第一層土方開挖，工序6即第四層土方開挖，工序7即牛腿、地梁施工，工序8即底板澆筑完成，兩地表點(diǎn)沉降較大均達(dá)到25 mm左右，其中工序7在施工時(shí)DBC14-06沉降值達(dá)到28.73 mm。由此可見，引起基坑周邊地表沉降的主要因素主要來自于土方開挖。另外在第四層土方開挖后進(jìn)行牛腿和地梁的施工，加大了基坑開挖深度，延長(zhǎng)了開挖面的暴露時(shí)間，致使在基坑施工牛腿和地梁時(shí)地表沉降值最大達(dá)到了28.73 mm，超出設(shè)計(jì)控制值。

關(guān)于地表沉降變形數(shù)據(jù)分析[3]：

（1）因?yàn)楸緟^(qū)域地質(zhì)條件為深厚的軟土層，淺層土體是農(nóng)田及魚塘回填土，回填土密實(shí)度不夠，加上施工現(xiàn)場(chǎng)土方車等重型施工的碾壓，導(dǎo)致在開挖第二層土方時(shí)基坑周邊的地表就產(chǎn)生較大變形。由于軟土區(qū)域的深基坑不僅在施工階段因地層損失引起基坑周邊地層移動(dòng)，而且由于地層移動(dòng)使基坑周圍土體受到擾動(dòng)，因此施工的后期即使在基坑底板結(jié)構(gòu)封閉后，地表沉降變化量的速率仍然比較大。

（2）在基坑土方開挖時(shí)周邊地表會(huì)出現(xiàn)沉降量增大的現(xiàn)象，且沉降變化量隨開挖面暴露時(shí)間、周邊荷載呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但是當(dāng)支撐架設(shè)完成和底板澆筑完成后，地表沉降能得到有效控制，地表沉降量回落到正常值以內(nèi)。

3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形理論模型計(jì)算與分析

3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

本車站基坑共布設(shè)32根測(cè)斜管，在所有底板澆完后僅有ZQT-15、ZQT-16兩處測(cè)點(diǎn)未超出設(shè)計(jì)控制值40 mm（原設(shè)計(jì)控制值為29.9 mm，后經(jīng)過監(jiān)測(cè)預(yù)警分析會(huì)調(diào)整為40 mm），典型監(jiān)測(cè)斷面ZQT-02、ZQT31在底板結(jié)構(gòu)完成后變形量達(dá)到80-100 mm。

3.2 車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量計(jì)算模型

車站標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量計(jì)算采用典型斷面的土層，該斷面土層主要有人工填土、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、淤泥、微風(fēng)化砂巖。圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)為總應(yīng)力法，條分法中的土條寬度0.40 m。經(jīng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑底的嵌固深度在 24.72 m，計(jì)算最大水平位移29.97 mm，最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值1392.19 KN·m。支撐軸力計(jì)軸力（標(biāo)準(zhǔn)值）為：第一道 N=2725 kN，第二道 N=5108 kN，第三道 N=4201 kN。計(jì)算結(jié)果表明，整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks = 1.484＞1.35，滿足規(guī)范要求。最大水平位移 29.97 mm＜0.2% H=33.16 mm，且小于30 mm，圍護(hù)樁變形滿足規(guī)范要求。

借助于數(shù)值模擬與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果相結(jié)合的方法，可以對(duì)深基坑工程整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較系統(tǒng)的分析。根據(jù)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形理論計(jì)算與實(shí)際變形值差異分析，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大側(cè)向變形位置與土質(zhì)情況、圍護(hù)體剛度、支撐系統(tǒng)剛度、基坑開挖深度等因素有關(guān)，圍護(hù)墻體厚度的選取和支撐的布置是關(guān)鍵。

在該基坑實(shí)例中，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)理論模型計(jì)算，墻體水平位移呈現(xiàn)“弓”形，圍護(hù)墻最大水平位移位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部向下13～15米處，最大水平位移29.97 mm。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)圍護(hù)墻深層水平位移曲線趨勢(shì)與理論模型一致，整體水平位移呈現(xiàn)“弓”字形，最大水平位移點(diǎn)發(fā)生在圍護(hù)墻中部左右位置[4-5]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基坑開挖過程中圍護(hù)墻體水平位移最大值遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)設(shè)值，通過分析，實(shí)際情況與理論計(jì)算值出現(xiàn)數(shù)值區(qū)別的原因主要來自以下幾個(gè)方面：

（1）理論計(jì)算中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)巖土參數(shù)與現(xiàn)實(shí)情況不符，尤其是軟土的水平向反力系數(shù)的比例系數(shù)，也就是m值選取不合理；而m值的取值對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算影響大，如果采用勘察報(bào)告里m值系數(shù)為4，而相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)的取值為1～1.5；兩個(gè)取值分別計(jì)算出來圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量相差在一倍以上[6]。

（2）基坑開挖施工過程中坑內(nèi)降水沒有按照相關(guān)的規(guī)范及方案執(zhí)行，沒有按照隨挖隨降，而是在開挖之前就“一降到底”，地下水的抽排沒有達(dá)到設(shè)計(jì)效果，水土合算條件下主動(dòng)土壓力增大，從而無法準(zhǔn)確地預(yù)估基坑施工的真實(shí)環(huán)境。按照目前的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，軟土區(qū)域的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在土方開挖前僅降水就有接近20 mm的變形。

（3）設(shè)計(jì)方案中采取的軟基三軸加固要達(dá)到0.8-1.2兆帕的強(qiáng)度。但在實(shí)施過程中三軸加固在淤泥質(zhì)土中加固效果一般，往往達(dá)不到設(shè)計(jì)方案中的強(qiáng)度要求，也不能達(dá)到控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）由于施工順序總是土方開挖在前支撐在后，如果在土方開挖后沒有及時(shí)架設(shè)支撐導(dǎo)致開挖面暴露的時(shí)間過長(zhǎng)，在支撐架設(shè)并且加載后圍護(hù)墻體的變形已經(jīng)接近完成，此時(shí)的圍護(hù)墻的水平位移數(shù)值已經(jīng)較大并且趨于穩(wěn)定，就會(huì)使支撐的作用僅為阻止圍護(hù)墻體的進(jìn)一步變形，無法達(dá)到控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的效果，施工單位應(yīng)該合理安排工序，及時(shí)架設(shè)支撐，達(dá)到控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的目的。

（2）施工單位在基坑開挖前的坑內(nèi)降水，要嚴(yán)格按照降水方案，隨挖隨降，杜絕一降到底；在基坑開挖前坑內(nèi)降水的環(huán)節(jié)減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量。

（3）基坑土方開挖時(shí)造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周邊地表沉降占據(jù)了全部變形量的一半左右，開挖方式的選擇，應(yīng)遵循“沿規(guī)定的開挖次序逐段開挖；每個(gè)開挖段中分層分小段開挖、隨挖隨撐、及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力”，嚴(yán)禁進(jìn)行大面積開挖。

（4）基坑開挖施工期間，嚴(yán)格控制基坑周邊荷載的超載，控制臨近基坑周邊物資的堆放等。在土方車等重型施工機(jī)械頻繁通過的地段應(yīng)鋪設(shè)走道板或者進(jìn)行地基加固。

（5）基坑土方開挖過程中的停工以及達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后施工牛腿等造成的基坑長(zhǎng)時(shí)間暴露占據(jù)了30%～40%左右的變形量，建議后期在軟土區(qū)域內(nèi)的各基坑設(shè)計(jì)方案及施工方案應(yīng)以縮短基坑暴露時(shí)間為原則，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體及周邊地表的變形。

（6）設(shè)計(jì)單位在總結(jié)以往的工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)。尤其是軟土區(qū)域的基坑設(shè)計(jì)要對(duì)軟土的水平反力系數(shù)的比例系數(shù)（m）值的取值更加合理，從而給出合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形設(shè)計(jì)控制值。

（7）基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、地表沉降以及坑內(nèi)基底隆起三項(xiàng)數(shù)據(jù)往往有密切的相關(guān)性，應(yīng)在有條件情況下增加坑底隆起的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，更全面地分析基坑開挖施工期間的周圍巖土體的變形情況。