余成華， 周建雄

(深圳市勘察研究院有限公司， 廣東 深圳 518026)

近年來隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展和城市用地的日趨緊張，深基坑工程施工不可避免地影響周邊既有建筑物、地下管線和臨近的地鐵隧道[1-3]。因此，保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及嚴(yán)格控制因基坑施工而導(dǎo)致的周邊地面沉降和變形，對(duì)于降低對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響至關(guān)重要。在基坑施工的全過程，利用信息化監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可反饋于基坑開挖，以便采取有效措施應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的基坑失穩(wěn)或過大變形對(duì)周邊的影響[4-5]。

奚家米等[6]以上海地區(qū)某深基坑工程為背景，利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、垂直沉降、臨近道路地表沉降和內(nèi)支撐軸力等信息化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)了復(fù)雜環(huán)境下軟土基坑的施工。龍林和李之達(dá)[7]以長(zhǎng)沙市某深基坑為案例，基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了樁錨支護(hù)和土釘支護(hù)在長(zhǎng)沙地區(qū)的適用性。丁智等[8]根據(jù)鄰近已運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)基坑開挖全階段施工過程的深層土體側(cè)向位移與鄰近地鐵隧道變形之間的規(guī)律展開研究，探討基坑開挖的施工危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)與重點(diǎn)影響區(qū)域。葉帥華等[9]以中國(guó)移動(dòng)甘肅公司深基坑工程為實(shí)例，在基坑開挖施工過程中，分別對(duì)水平位移和豎向位移進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果探討了所用支護(hù)形式在蘭州地區(qū)的適用性。莊海洋等[10]以上海地區(qū)某深軟場(chǎng)地地鐵狹長(zhǎng)深基坑為工程背景，對(duì)開挖引起的地表和周邊建筑物沉降、地下連續(xù)墻側(cè)移、墻頂和立柱豎向位移等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)地統(tǒng)計(jì)和分析，探討了深軟場(chǎng)地狹長(zhǎng)深基坑變形的時(shí)空分布特征及其主要誘因。

本文以深圳某深基坑工程為例，基于施工全過程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析不同施工階段的地面沉降、立柱沉降、臨近地鐵站風(fēng)亭結(jié)構(gòu)沉降、支護(hù)樁水平位移、基坑周邊水平位移和錨索軸向拉力以及基坑周邊地下水位的變化特征，以期為深圳市類似基坑的設(shè)計(jì)和施工提供有價(jià)值的參考。

1 基坑工程概況

研究場(chǎng)地位于深圳市寶安區(qū)西鄉(xiāng)體育中心附近，場(chǎng)地?cái)M建4棟32層、1棟27層建筑物，均為框剪結(jié)構(gòu)，地下2層。

基坑?xùn)|北側(cè)為寶源路，該側(cè)有地鐵11號(hào)線施工區(qū)(該區(qū)間段為明挖隧道，已完成隧道結(jié)構(gòu)施工并回填)，距離基坑邊約34.6 m；基坑?xùn)|南側(cè)為空地；基坑西南側(cè)為三號(hào)路，基坑西北側(cè)為銀田路。場(chǎng)地現(xiàn)狀地面標(biāo)高3.73～5.00 m，基坑周邊無管線?；娱L(zhǎng)約143.3 m，寬113.4 m，周長(zhǎng)507.2 m，面積16 731.2 m2，開挖深度9.0～10.0 m。

1.1 工程及水文地質(zhì)條件

基坑場(chǎng)地的巖土層自上而下為：①第四系雜填土(Q4ml)；②第四系海積沖積淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土(Q4mc)；③第四系沖洪積物含砂粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土(Q4al+pl)；④第世系殘積砂質(zhì)黏性土、殘積黏性土(Q4el)；⑤中元古界長(zhǎng)城系混合花崗巖(Ch)。

基坑場(chǎng)地內(nèi)無地表水。地下水主要賦存于第四系全新世土層中的孔隙水和風(fēng)化基巖中的裂隙水，屬于潛水類型，為強(qiáng)透水層與弱透水層共存的濕潤(rùn)區(qū)，其穩(wěn)定水位埋深0.96～2.86 m。相關(guān)土層參數(shù)見表1。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

1.2 基坑支護(hù)方案與施工步驟

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖(包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置)、典型剖面圖(1-1剖面和7-7剖面)分別如圖1～圖3所示。具體支護(hù)方案如下：

圖1 基坑支護(hù)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面圖

圖2 基坑1-1剖面圖

圖3 基坑7-7剖面圖

1)基坑北側(cè)(ABCD段)采用雙排樁支護(hù)(旋挖灌注樁)。

2)基坑?xùn)|北側(cè)靠近寶源路，在建地鐵11號(hào)線施工區(qū)(DEF段)采用支護(hù)樁(旋挖灌注樁)+內(nèi)支撐支護(hù)，其中DE段設(shè)置一道支撐，EF段設(shè)置兩道支撐。

3)基坑?xùn)|北側(cè)規(guī)劃路FGH段采用支護(hù)樁[鉆(沖)孔灌注樁]+內(nèi)支撐支護(hù)，其中FG段設(shè)置兩道支撐，GH段設(shè)置一道支撐。

4)基坑HJKLM段，采用支護(hù)樁[鉆(沖)孔灌注樁]+錨索支護(hù)。錨索采用3×7φ5或4×7φ5預(yù)應(yīng)力錨索，共設(shè)置3道，入射角為35°。

5)基坑MA段采用支護(hù)樁[鉆(沖)孔灌注樁]+內(nèi)支撐支護(hù)，在支護(hù)樁冠梁處設(shè)置一道內(nèi)支撐。

上述支護(hù)方案中：旋挖灌注樁直徑為1.2 m，樁間距為1.6 m；鉆(沖)孔灌注樁直徑為1.0 m，樁間距為1.6 m。所有支護(hù)樁后設(shè)兩排直徑0.55 m、間距0.4 m的攪拌樁止水，且攪拌樁樁底進(jìn)入坑底3.0 m或至強(qiáng)風(fēng)化花崗混合巖面；樁間設(shè)一排直徑0.55 m、間距0.4 m的攪拌樁加固樁間軟土。內(nèi)支撐為1.0 m×1.0 m鋼筋混凝土支撐梁，雙排樁樁頂設(shè)1.2 m×1.0 m鋼筋混凝土剛架梁。支護(hù)樁側(cè)均掛直徑6.5 mm，間距200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)，并噴射100 mm厚混凝土面層。

基坑主要施工工況見表2。

表2 基坑全過程施工工況

1.3 基坑監(jiān)測(cè)方案

基坑主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為：①沉降監(jiān)測(cè)，包括基坑周邊地鐵風(fēng)亭、道路、內(nèi)支撐立柱沉降等(編號(hào)C01～C40)；②水平位移監(jiān)測(cè)，主要布設(shè)在支護(hù)樁冠梁(S01～S20)和基坑坡頂(S21～S39)；③地下水位監(jiān)測(cè)(W01～W12)；④錨索拉力監(jiān)測(cè)(M1～M3)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。監(jiān)測(cè)頻率為：土方開挖期間每3 d監(jiān)測(cè)一次，開挖至坑底后每天監(jiān)測(cè)1次，10 d 后每3 d監(jiān)測(cè)一次，底板完成后每1周監(jiān)測(cè)1次，直至土方回填。監(jiān)測(cè)報(bào)警及控制值見表3。

表3 基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值及控制值

2 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

2.1 地面、立柱及地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)沉降

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，取地面累積沉降量大于20 mm的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，其地表累積沉降量隨時(shí)間變化曲線如圖4所示。

圖4 地面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及圖4可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)C19在基坑土方開挖后一直呈增大趨勢(shì)，最終累積沉降量達(dá)33.84 mm。監(jiān)測(cè)點(diǎn)C2、C5、C6、C7自第一道內(nèi)支撐和第一道錨索施工結(jié)束前有微弱隆起，然后開始沉降，其中C2沉降量呈快速增大趨勢(shì)，最終達(dá) 44.1 mm。根據(jù)表3，上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)均未達(dá)到報(bào)警值。由圖1可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)C2位于內(nèi)支撐和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的交界處，表明不同支護(hù)結(jié)構(gòu)的變換處地面沉降較大，在施工時(shí)應(yīng)引起重視。

繪制內(nèi)支撐立柱上所有沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化曲線，如圖5所示。由圖5可知，立柱各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨基坑開挖先表現(xiàn)隆起，后表現(xiàn)沉降。其中，C24沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積沉降量較大，約達(dá)10.3 mm。所有沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積沉降量均未達(dá)到報(bào)警值(24 mm)。立柱這種先隆起后沉降的過程與基坑開挖過程中土體的回彈變形有關(guān)。在土方開挖至坑底標(biāo)高前(工況Ⅱ-Ⅴ)，由于坑內(nèi)卸荷，導(dǎo)致了坑底產(chǎn)生回彈變形，監(jiān)測(cè)值表現(xiàn)出隆起。隨著底板的施工立柱拆除和換撐、地下室結(jié)構(gòu)的施工(工況Ⅵ)，立柱沉降呈波動(dòng)趨勢(shì)。上述監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在深基坑土方開挖過程中應(yīng)注意坑底回彈的影響。

圖5 立柱沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

地鐵站風(fēng)亭結(jié)構(gòu)上布置的4個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(C37～C40)的累積沉降量如圖6所示。由圖6可知，在工況Ⅱ即土方開挖至冠梁底標(biāo)高時(shí)，地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)沉降量達(dá)到最大值(約4 mm)，之后隨著冠梁、第一道內(nèi)支撐施工完成后沉降量逐漸減小，隨后維持在3 mm范圍內(nèi)波動(dòng)，小于報(bào)警值(8 mm)。

圖6 地鐵站風(fēng)亭沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 支護(hù)樁水平位移

選擇支護(hù)樁頂累積水平位移量超過8 mm的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其累積水平位移隨時(shí)間變化如圖7所示，以位移正值表示向坑內(nèi)變形。由圖7可知，支護(hù)樁頂?shù)乃轿灰凭蚩觾?nèi)，且隨分層分段開挖均持續(xù)增大，但總體未達(dá)到報(bào)警值(24 mm)，表明在整個(gè)基坑施工過程中支護(hù)樁的變形在允許值范圍內(nèi)。此外，從圖7還可以看出，支護(hù)樁頂水平位移較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本上位于施加預(yù)應(yīng)力錨索段(如S11、S12)，而內(nèi)支撐支護(hù)段的樁頂位移較小(如S17、S18)。上述監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，內(nèi)支撐對(duì)約束支護(hù)樁變形相比預(yù)應(yīng)力錨索具有一定的優(yōu)勢(shì)。

圖7 支護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖8為累積水平位移大于6 mm的基坑周邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)曲線。由圖8可知，在整個(gè)基坑的施工過程中，基坑周邊地表幾乎均向坑內(nèi)變形，且呈現(xiàn)兩階段變形特征。首選在放坡開挖、第一道支撐和第一道錨索施工期間(工況Ⅱ-Ⅲ)，基坑周邊有一定的變形，且以臨近地鐵站風(fēng)亭監(jiān)測(cè)點(diǎn)S39變形最為明顯。此后，隨著坑內(nèi)土方開挖至地下室施工結(jié)束(工況Ⅳ-Ⅳ)，基坑周邊地表持續(xù)變形并趨于穩(wěn)定。結(jié)合圖1中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置發(fā)現(xiàn)，基坑周邊地面發(fā)生較大水平位移主要集中在基坑的東北側(cè)。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)S35～S39位于臨近地鐵側(cè)，S39位于附近(累積水平位移接近12 mm)。上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移變化曲線表明，盡管累積水平位移均未達(dá)到報(bào)警值(32 mm)，但基坑開挖對(duì)臨近地鐵仍具有一定的影響。

圖8 地面水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.3 錨索拉力

M1、M2和M3分別為HJ、JKL和LM段代表性錨索軸向拉力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，且所有錨索測(cè)力計(jì)均安裝在第一道錨索上。根據(jù)基坑支護(hù)方案，HJ、JKL和LM段第一道錨索的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值N分別為360、330、330 kN。3個(gè)代表性錨索軸向拉力監(jiān)測(cè)值隨時(shí)間變化曲線如圖9所示。由圖9可知，3個(gè)錨索軸向拉力監(jiān)測(cè)值均小于報(bào)警值(0.8N)。M1和M2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的錨索軸向拉力先下降后維持在相對(duì)穩(wěn)定水平，M3監(jiān)測(cè)點(diǎn)的錨索軸向拉力雖有一定程度的增大，但也未超出報(bào)警值。上述監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力錨索在基坑整個(gè)開挖至地下室結(jié)構(gòu)施工期間(工況Ⅴ-Ⅵ)的工作狀況良好。

圖9 錨索軸向拉力監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.4 地下水位

地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在基坑坑外四周，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)W03和W04由于錨索施工導(dǎo)致井孔阻塞，無法觀測(cè)到地下水位，故分析了其余10個(gè)井孔內(nèi)的地下水位數(shù)據(jù)，其隨時(shí)間變化曲線如圖10所示。

圖10 基坑周邊地下水位監(jiān)測(cè)結(jié)果

由圖10可知，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地下水位在分段分層開挖階段(工況Ⅳ-Ⅴ)均下降，然后在內(nèi)支撐段拆撐和地下室結(jié)構(gòu)施工期間基本保持平穩(wěn)狀態(tài)。對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)W01、W02、W05、W07、W12，初始地下水位與最低點(diǎn)地下水位差值分別為1.03、2.13、2.87、1.98、2.08 m，均小于報(bào)警值3.2 m。但對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)W06、W08、W09、W10、W11來說，地下水位最大下降幅度分別為5.0、3.54、3.56、4.16、4.93 m。根據(jù)表2，監(jiān)測(cè)點(diǎn)W08和W09的地下水位下降幅度超過報(bào)警值3.2 m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)W06、W10和W11的地下水位下降幅度超過了設(shè)計(jì)控制值4.0 m。由于地下水位的大幅下降，會(huì)引起土層中有效應(yīng)力的增加而導(dǎo)致附加沉降，故施工單位需引起重視，采取合適的措施(如回灌)控制基坑周邊地面沉降。

3 結(jié)論

以深圳某深基坑工程為例，基于施工全過程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了不同施工階段的地面沉降、立柱沉降、臨近地鐵站風(fēng)亭結(jié)構(gòu)沉降、支護(hù)樁水平位移、基坑周邊水平位移和錨索軸向拉力以及基坑周邊地下水位的變化特征。主要結(jié)論如下：

1)位于內(nèi)支撐和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)交界處的地面沉降較大?？觾?nèi)土方開挖卸荷會(huì)導(dǎo)致坑底產(chǎn)生回彈變形，立柱有微弱隆起變形。地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)在土方開挖至冠梁底標(biāo)高時(shí)沉降最大，后隨著冠梁、第一道內(nèi)支撐施工完成后沉降量逐漸減小。所有沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積沉降量均未達(dá)到報(bào)警值。

2)支護(hù)樁頂?shù)乃轿灰凭蚩觾?nèi)，且隨基坑土方開挖持續(xù)增大，且樁頂位移在內(nèi)支撐支護(hù)段要小于預(yù)應(yīng)力錨索段。基坑周邊地表水平位移也指向坑內(nèi)，且在臨近的地鐵站風(fēng)亭處變形最為明顯。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移均未達(dá)到報(bào)警值。

3)預(yù)應(yīng)力錨索在基坑整個(gè)開挖至地下室結(jié)構(gòu)施工期間的工作狀況良好?；又苓叺叵滤辉诜侄畏謱娱_挖階段均下降，然后在內(nèi)支撐段拆撐和地下室結(jié)構(gòu)施工期間基本保持平穩(wěn)狀態(tài)。部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積地下水位下降幅度超過報(bào)警值和控制值，施工單位需采取合適的措施(如回灌)控制基坑周邊因地下水位大幅下降引起的附加沉降。