許 鋒， 鄧 川， 楊定強， 何圓圓

（1.中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308；2.四川省川建勘察設計院有限公司，四川 成都 610095）

膨脹巖具有吸水軟化、膨脹，失水崩解的特性。膨脹土具有遇水膨脹、失水收縮的反復脹縮特性；伴隨反復脹縮，土體中微裂隙發(fā)育，隨著地下水的流動，土體加劇脹縮，導致土體結構整體破壞?；娱_挖后，若側壁存在膨脹巖土，特別是雨季施工時，可能出現變形大、失穩(wěn)、支護體系失效、坍塌的風險；因此在膨脹性巖土中如何保證基坑安全，尤其是在雨季階段顯得更加重要。

樁體水平位移是圍護結構變形最直觀的表現形式之一，對基坑安全評價有著重要作用[1]。樁體水平位移監(jiān)測的實施、監(jiān)測數據的準確性以及如何準確判定基坑的安全狀態(tài)一直都是地鐵基坑安全監(jiān)測的重點和難點[2～3]。本文以成都地鐵某膨脹性巖土基坑工程為例，對樁體水平位移變形規(guī)律進行研究，給出膨脹性巖土基坑變形較大時施工處置措施及監(jiān)測、設計單位注意事項。

1 工程概況

成都地鐵某車站基坑地層為膨脹性巖土，安全監(jiān)測等級為一級。車站長363.2 m、標準段寬23.5 m、深21.7～28.26 m。鉆孔揭示車站范圍內從上至下主要地層依次為第四系人工填土層，第四系中、下更新統冰水沉積層黏土、含黏土卵石和下伏白堊系上統灌口組泥巖，白堊系上統夾關組泥巖、砂巖，白堊系下統天馬山組泥巖、砂巖。區(qū)段內黏土為膨脹土，根據室內試驗統計：自由膨脹率為42%～52%，膨脹力為48.7～71.2 kPa，膨脹率0.28%～0.42%，收縮系數0.33～0.44。區(qū)段內下覆基巖為泥巖和砂巖，均屬于弱膨脹巖，據室內試驗統計：自由膨脹率16.0%～28.0%；膨脹力5.1～56.0 kPa；飽和吸水率5.65%～8.03%。見圖1。

圖1 基坑結構及地質剖面

2 樁體水平位移監(jiān)測

2.1 測點目的及意義

對圍護結構樁體進行安全監(jiān)測和巡視，為參建各方提供可靠的變形監(jiān)測數據及異常信息，通過一系列風險監(jiān)控及預警體系，對可能存在的險情和隱患及時提醒、準確預報，避免安全事故的發(fā)生[4]。監(jiān)測數據同時為設計部門提供參考，驗證和不斷優(yōu)化設計實施方案，做到科學、經濟、安全的施工。

2.2 監(jiān)測方法及原理

采用精度為±2.0 mm/30 m 的CX-901F 滑動式測斜儀對圍護樁內預埋的測斜管進行監(jiān)測，沿垂直于基坑長邊導槽方向從底部起每隔50 cm 采集一次數據，每個方向均應進行正反兩次測量。利用重垂器始終垂直指向地心的性質，隨著基坑開挖樁體發(fā)生水平位移，測斜儀探頭軸線與重錘器垂線的傾角也隨之改變，重垂器連動著微型電位器，電位器的動臂也隨之發(fā)生線性改變；因此現場測得電位器的電阻值后，通過計算可知圍護結構樁體不同深度的位移變化值。

2.3 測點布設及保護

布設在基坑各邊中部、陽角及其他特殊位置的監(jiān)測點，與樁頂水平/豎向位移監(jiān)測點處于同一監(jiān)測斷面[5]。車站標準段監(jiān)測點布設間距為20～40 m。測斜管作為數據采集的通道，在預埋及監(jiān)測過程中要采取加裝保護內外蓋、制作顯性保護裝置等措施，避免測點堵塞和破壞。見圖2。

圖2 樁體水平位移監(jiān)測點布設位置

2.4 初始值及監(jiān)測頻率

在基坑土方開挖前，對監(jiān)測點連續(xù)獨立3 次采集數據，取3 次穩(wěn)定數據的平均值為初始值[6]。監(jiān)測頻率根據現場施工進度及設計要求綜合確定，見表1。

表1 監(jiān)測頻率

2.5 控制值及預警機制

樁體水平位移監(jiān)測累計控制值為30 mm，變化速率控制值為3 mm/d。

監(jiān)測數據累計值達到控制指標的2/3 且變化速率達到控制值時應進行黃色預警。監(jiān)測數據接近黃色預警值但不滿足黃色預警條件時可發(fā)送工作聯系單進行提醒。

監(jiān)測工程師判斷有以下情況出現時，也應進行黃色預警：監(jiān)測數據變化速率未超過控制值但累計值達到預警值；鋼支撐架設滯后，軸力不滿足預加力要求；基坑支護結構出現明顯變形、裂縫，周圍巖土體出現涌砂、涌土、坍塌、滲漏水等；其他危險情況。

3 數據處理與分析

3.1 數據處理

外業(yè)采集的數據要通過數據處理軟件進行解算，計算出每個測點深度的水平位移量、累積位移量等并繪制水平位移累計變化曲線。見圖3。

圖3 水平位移累計變化曲線

以測點CX13 為例，結合施工工況進行綜合分析。見表2。

表2 CX13施工工況及監(jiān)測數據統計

分析表2可知：

1）隨著基坑開挖深度的增加，樁體水平位移逐漸增大；在開挖面未到達膨脹土處時，變形量最大主要在開挖面，變形原因主要為開挖深度過大，現場未及時架設第二道鋼支撐；

2）開挖面在膨脹巖土面以下時，最大變形量集中在11.0 m 處，此處為黏土卵石層與全風化泥巖接觸面，因膨脹土在雨水及地表水的作用下發(fā)生膨脹導致基坑變形增大，隨著基坑開挖，樁體單次最大變形量位置逐漸向下偏移，基坑底板澆筑完成后，基坑變形量趨于穩(wěn)定；

3）樁體水平位移監(jiān)測中，分析發(fā)現圍護樁底發(fā)生“踢腳”變形，隨著基坑開挖深度的增加，“踢腳”變形越來越嚴重；樁體水平位移監(jiān)測以其頂部為起算點并結合樁頂水平位移監(jiān)測數據進行修正，圍護樁底部最大位移值達15.0 mm。

3.2 鋼支撐軸力

對CX13 斷面鋼支撐軸力進行統計分析：第一道鋼支撐安裝后，測點ZL1-6 鋼支撐軸力隨著基坑開挖逐漸增大，在安裝第二道鋼支撐后變化趨于穩(wěn)定，最大值為702 kN；第二道鋼支撐安裝后，測點ZL2-6 軸力迅速增大，在安裝第三道鋼支撐后變化趨于穩(wěn)定，最大值為868.40 kN；在澆筑完底板、施作結構后，ZL3-6軸力變化趨于穩(wěn)定。見圖4。

圖4 鋼支撐軸力變化曲線

基坑開挖，鋼支撐軸力隨著樁體水平位移增大而逐漸增大，三道鋼支撐中第二道鋼支撐軸力最大，與基坑變形最大值位置一致?，F場施工常因第二道鋼支撐架設不及時，導致第一道鋼支撐受力普遍偏大。

3.3 樁體水平位移

車站于2020 年6 月初進行土方開挖，2021 年8 月基坑封頂，施工經歷一個雨季。對基坑樁體水平位移監(jiān)測孔深、變形最大值、變形最大值位置進行統計。見表3。

表3 樁體水平位移數據統計

分析表3可知：

1）車站26個樁體水平監(jiān)測點中，有4個測點被破壞，6 個測點樁底不同程度堵塞，測斜管破壞率達15.4%、堵塞率達23.1%、合格率61.5%；

2）樁體水平位移監(jiān)測點22 個，根據預警機制，基坑發(fā)出工作聯系單22 份，發(fā)送黃色預警單17 份，100%的監(jiān)測點變化值超過控制值2/3，77.3%的監(jiān)測點變化值超過控制值；

3）樁體水平位移變形最小值21.68 mm；最大值74.15 mm，為控制值指標的247%；平均值42.61 mm，為控制值指標的142%；樁體水平位移變形最大值處于9.5～12.0 m，為黏土卵石層與全風化泥巖接觸面。

4 處置措施及建議

4.1 施工處置措施

1）針對膨脹性地層特征，建議采用中間拉槽兩邊預留反壓土的基坑開挖方式。基槽開挖中，應嚴格控制一次性開挖長度，盡量減小對坡腳土體擾動；適當減小開挖長度及深度，加快土方連續(xù)施工，控制超挖。

2）土方開挖后立即架設鋼支撐，然后進行噴錨作業(yè)，支撐軸力過大時宜架設并撐；鋼支撐加力時應全覆蓋，嚴禁只關注有軸力監(jiān)測點的鋼支撐，避免鋼支撐體系受力不均勻，導致基坑局部變形或失穩(wěn)；同時還要加強支撐變形失穩(wěn)、圍護樁變形過大發(fā)生破壞的風險防范措施。

3）對地面裂縫進行灌漿處理，對開挖的暴露面進行封閉，同時做好地面截水及坑內的引、抽、排水，減小水對基坑的影響[7]。

4.2 監(jiān)測建議

1）測點埋設：測斜管的埋設質量是獲得準確數據的前提，因此在測斜管預埋工作中，一定保證合格率，滿足基坑監(jiān)測對位置、深度的要求，必要時加密埋設，以提高合格率，避免因測斜管預埋不規(guī)范、合格率不高等問題，給后續(xù)監(jiān)測工作留下隱患。

2）數據分析：測斜管深度不足或樁底發(fā)生“踢腳”變形時，應通過樁頂水平位移數據進行修正；膨脹性土樁體水平位移變形較大，造成軸力普遍增大，因此在軸力監(jiān)測中應適當安裝大量程軸力計，避免實測軸力超出量程，造成鋼支撐軸力與樁體水平位移不能同步反映基坑變化情況，給數據分析造成困擾。

3）監(jiān)測預警：數據預警時應立即啟動應急預案，提高監(jiān)測頻率，必要時加密測點，加強現場監(jiān)測數據原因分析、處置情況、突發(fā)情況等信息的報送，禁止瞞報、不報、謊報；同時加強對基坑周邊地表是否開裂、基坑側壁噴錨面是否脫落、鋼支撐是否變形等內容的巡視，做好巡視記錄。

4.3 設計建議

1）在現有預警機制下，樁體水平位移監(jiān)測預警頻繁，但基坑在實際施工過程中未曾出現險情；建議設計單位根據膨脹性巖土的特性確定合理的預警控制值，做到科學預警，減少不必要的“假預警”[8]。

2）針對膨脹性地層樁體變形較大和出現“踢腳”變形的情況，為保證基坑結構安全，建議適當加長樁體入巖深度或增大樁體直徑，降低風險。

3）在鋼支撐軸力控制值和預加軸力值確定時，應充分考慮膨脹性地層的特性，可根據監(jiān)測數據適當增加預加軸力值，做到主動加力，控制基坑變形。

5 結論

在膨脹巖土地鐵基坑施工過程中，樁體水平位移普遍較大，遠超出30 mm 的控制值，最大值基本位于黏土卵石層與全風化泥巖接觸面位置，與基坑軸力變化最大位置一致。圍護樁嵌入基坑底深度不足時，樁底極易出現“踢腳”變形，樁體水平位移監(jiān)測應從樁頂起算，結合樁頂水平位移監(jiān)測數據進行修正。針對膨脹土地質特性，監(jiān)測單位應加強監(jiān)測和現場巡視，施工單位要提高對膨脹性巖土基坑不良地質的認識，規(guī)范施工工藝和操作流程、加強現場管理，發(fā)現隱患及時消除，確?；邮┕ぐ踩?/p>