史豪杰， 李富相， 李志勇

(中交一公局第四工程有限公司， 廣西 南寧 530033)

開發(fā)和利用城市地下空間、發(fā)展高效的地下交通已成為現(xiàn)階段城市交通建設(shè)的重要發(fā)展方向，許多地區(qū)已開始大規(guī)模修建城市地下公路和隧道，建立城市地下交通網(wǎng)，由此出現(xiàn)大量技術(shù)復(fù)雜、體積量大的深基坑。為保證基坑開挖安全與穩(wěn)定，需對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。許多學(xué)者對基坑開挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體位移、深層土體位移、內(nèi)支撐軸力、地表沉降等進(jìn)行了分析研究，如魏綱等根據(jù)沉降、軸力等實(shí)測數(shù)據(jù)，對比分析了基坑開挖中支撐軸力、地表沉降的變化規(guī)律；張雪嬋等以杭州慶春路過江隧道江南工作井為例，對墻體水平位移、地表沉降、地下水位及砼支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測分析，提出了高承壓水控制和防治對策；楊有海等根據(jù)杭州地鐵秋濤路車站深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了工況對樁體側(cè)向變形與鋼支撐軸力的影響；丁智等對杭州地鐵新塘路、景芳路交叉口工程深基坑進(jìn)行監(jiān)測，分析了土體深層水平位移和墻體深層水平位移變化規(guī)律及地下水位與地表沉降的關(guān)系。深圳地區(qū)土質(zhì)條件特殊，對該地區(qū)臨近地鐵施工的深基坑實(shí)測分析還不充分，基坑開挖對施工過程和周邊環(huán)境的影響評估也少有報道。為此，該文以深圳公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿改造工程為例，通過對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)支撐軸力及基坑周邊地表沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，研究基坑開挖中圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律和受力特點(diǎn)，為基坑工程施工提供指導(dǎo)和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程概述

公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿改造工程位于深圳市光明區(qū)新湖街道，全長約3.56 km。其中地下道路長2.645 km，采用干線性城市主干道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向六車道，設(shè)計速度50 km/h；地面道路采用生活性城市主干道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向六車道，設(shè)計速度40 km/h。

現(xiàn)狀公常路為城市主干道，雙向八車道，紅線寬度60 m，瀝青路面，設(shè)計速度50 km/h。

1.2 工程地質(zhì)和水文條件

場地原始地貌為殘丘坡地及沖積洼地，后經(jīng)人工挖填改造為現(xiàn)狀公常路。根據(jù)現(xiàn)場勘察及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，擬開挖基坑所在區(qū)域地層主要由人工填土、含砂粉質(zhì)黏土、中砂、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化混合花崗巖、土狀強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖及塊狀強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖組成(見圖1)。

圖1 工程地質(zhì)狀況和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖(單位：標(biāo)高為m，其他為mm)

根據(jù)水文地質(zhì)勘察報告，沿線場地總體地形較平坦、起伏較小，地下水位變化幅度為1.0～5.0 m。開挖基坑處的地下水對砼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。

1.3 基坑支護(hù)設(shè)計

選取K1+700—780段深基坑進(jìn)行分析。該段基坑長80 m，寬度29 m，開挖深度17.5 m，采用明挖法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁和φ800 mm旋噴樁樁間咬合止水；內(nèi)支撐采用3道支撐，第1道為鋼筋砼支撐，水平間距9 m；第2、3第道均為鋼支撐，水平間距3 m。在基坑中間設(shè)置520 mm×520 mm鋼格構(gòu)立柱，立柱樁采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計見圖1。

1.4 基坑開挖工況

由于該段基坑開挖深度較大，為確保基坑安全，采用分層開挖，基坑開挖施工工況見表1。

表1 基坑開挖工況

2 基坑開挖施工監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)SJG 05-2011《深圳市深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》、GB 50497-2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，基坑開挖監(jiān)測內(nèi)容主要有樁體深層水平位移、周邊地表沉降、坑外地下水位、內(nèi)支撐軸力。

(1) 圍護(hù)樁體深層水平位移監(jiān)測。采用串聯(lián)式導(dǎo)輪固定測斜儀+測斜管監(jiān)測圍護(hù)樁體深層水平位移，監(jiān)測點(diǎn)間距約50 m。

(2) 周邊地表沉降監(jiān)測。在支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊土體取垂直于線路方向的截面作為監(jiān)測截面，共設(shè)置2個間距為40 m的監(jiān)測斷面，每個截面分別在沿線路南北兩側(cè)各布置1個監(jiān)測點(diǎn)。

(3) 坑外地下水位監(jiān)測。在垂直于基坑向外距離隔水帷幕1 m處，沿線路方向水位孔按50 m間距布置監(jiān)測點(diǎn)。

(4) 內(nèi)支撐軸力監(jiān)測。沿線路方向自西向東每3道砼支撐取一個監(jiān)測斷面(鋼支撐與砼支撐軸力監(jiān)測共斷面)，相鄰監(jiān)測斷面間距約27 m。每道砼支撐布置8個監(jiān)測點(diǎn)，分別布置在砼支撐鋼筋籠四角的受力主筋上，位于砼支撐長度的L/3處，每個監(jiān)測點(diǎn)放置1個鋼筋應(yīng)力計。每道鋼支撐布置一個監(jiān)測點(diǎn)，布置在鋼支撐南側(cè)端部，每個監(jiān)測點(diǎn)放置1個軸力計。各監(jiān)測點(diǎn)平面布置見圖2。

圖2 監(jiān)測點(diǎn)布置平面圖(單位：m)

2.2 監(jiān)測頻率和報警值

監(jiān)測期自元件埋設(shè)完成至主體結(jié)構(gòu)頂板澆筑完成止，監(jiān)測頻率見表2。

表2 基坑自動化監(jiān)測頻率

監(jiān)測報警值一般由累計變化量及其變化速率控制，累計變化量的報警指標(biāo)不應(yīng)超過設(shè)計限值。該段基坑屬于一級基坑，其報警值見表3。

表3 一級基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測報警值

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

選取K1+720作為分析斷面，其中包括1個樁體深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)、南北側(cè)2個周邊地表沉降監(jiān)測點(diǎn)、1個坑外地下水位監(jiān)測點(diǎn)和3個軸力監(jiān)測點(diǎn)，分析各工況下監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律及基坑的安全穩(wěn)定性。

3.1 樁體深層水平位移分析

選取K1+720斷面南側(cè)深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同工況下樁體深層水平位移變化見圖3，“-”表示樁體向基坑內(nèi)變形，“+”表示樁體向基坑外變形。

圖3 K1+720斷面樁體深層水平位移

由圖3可知：隨著基坑開挖深度的增大，樁體水平位移逐漸增加，累計最大水平位移為-9.77 mm，出現(xiàn)在工況5，該工況的基坑深度最大；基坑開挖過程中圍護(hù)樁累計水平位移變量均在報警值(±50 mm)范圍內(nèi)。

3.2 周邊地表沉降分析

取K1+720斷面南北兩側(cè)2個監(jiān)測點(diǎn)SDB43-2、NDB28-1的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同工況下地表沉降變化見圖4。

圖4 K1+720斷面基坑周邊地表沉降

由圖4可知：K1+720斷面南北兩側(cè)的地表沉降均較小，截至工況7，南側(cè)地表沉降監(jiān)測點(diǎn)累計沉降量為0.65 mm，北側(cè)地表沉降監(jiān)測點(diǎn)累計沉降量為3.98 mm；受北側(cè)分流車道上車輛荷載作用，K1+720斷面北側(cè)的地表沉降比南側(cè)大?；又苓叺乇沓两稻h(yuǎn)低于報警值(±35 mm)，且現(xiàn)場巡查未發(fā)生基坑周邊有顯著沉陷、開裂或隆起。

3.3 坑外地下水位分析

取K1+720斷面南側(cè)坑外水位監(jiān)測點(diǎn)SSW039的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以基坑開挖前的地下水位為初始水位，該測點(diǎn)的水位變化見圖5。

圖5 K1+720斷面坑外地下水位

由圖5可知：9月21—11月6日，K1+720斷面坑外地下水位持續(xù)下降。主要原因，一是基坑開挖期間坑內(nèi)持續(xù)降水，導(dǎo)致坑外地下水位持續(xù)下降；二是基坑開挖期屬于旱季，長時間未降雨，地下水位無法及時得到補(bǔ)充。至9月25日，坑外地下水位下降量已超出報警值(1 000 mm)，且9月28日坑外地下水位下降幅度達(dá)-1 860 mm，超出日變化量500 mm/d的報警值。但總體上地下水位變化較平穩(wěn)，且未給基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境帶來不利影響。

3.4 支撐軸力分析

取K1+720斷面砼支撐南側(cè)監(jiān)測點(diǎn)STZ043、第2道鋼支撐監(jiān)測點(diǎn)GZ025-1、第3道鋼支撐監(jiān)測點(diǎn)GZ025-2的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同工況下支撐軸力變化見圖6。

圖6 K1+720斷面支撐軸力

從圖6可以看出：基坑開挖過程中，隨著開挖深度的增大，砼支撐軸力增大，峰值出現(xiàn)在工況2，為2 655.20 kN。第2道鋼支撐架設(shè)后(工況4)，第2道鋼支撐分擔(dān)了一部分荷載，砼支撐軸力開始減小。到工況6，由于第3道鋼支撐的架設(shè)，第2道鋼支撐的軸力開始減少，而砼支撐軸力基本保持不變?；又屋S力均在安全范圍內(nèi)，基坑支撐結(jié)構(gòu)及圍護(hù)體系安全可控。另外，支撐的軸力變化與基坑開挖深度、支撐架設(shè)數(shù)量及支撐間距等有關(guān)，施工中應(yīng)及時架設(shè)支撐，嚴(yán)禁超挖、漏撐或少撐等現(xiàn)象，確?；影踩€(wěn)定。

4 結(jié)論

(1) 基坑開挖后設(shè)置支撐之前，水平位移變化較大，截至工況5，樁體最大水平位移為-9.77 mm?；娱_挖應(yīng)遵循先撐后挖的原則，開挖至設(shè)計深度后，應(yīng)及時架設(shè)下一道支撐，減少開挖面無支撐暴露時間，確?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

(2) 基坑開挖期間，周邊地表沉降變化較小，遠(yuǎn)小于報警值(±35 mm)；受分流車道上車輛荷載作用的影響，基坑北側(cè)的地表沉降比南側(cè)大。

(3) 基坑內(nèi)降水應(yīng)按照設(shè)計降水方案有序進(jìn)行，嚴(yán)禁突降、過降。受當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊懀娱_挖中坑外地下水位下降量局部超出報警值。但總體上水位變化較平穩(wěn)，未給基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境帶來不利影響。

(4) 支撐軸力受基坑開挖深度、支撐數(shù)量及間距等影響，開挖深度越大，支撐軸力越大，基坑開挖期間應(yīng)及時架設(shè)支撐，嚴(yán)禁超挖和漏撐。

(5) 公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿改造工程K1+700—780段基坑開挖期間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系均安全穩(wěn)定，且基坑開挖未給周邊環(huán)境造成不利影響。