簡(jiǎn)焰坤

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060)

0 引 言

城市化進(jìn)程伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷加快，但其帶來(lái)的道路擁堵問(wèn)題也在日益顯現(xiàn)，此時(shí)人們開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向地下空間。城市地下交通的建設(shè)，除了能夠在較大程度上釋放土地資源外，還能和地上交通起到聯(lián)動(dòng)作用，為城市交通擁堵問(wèn)題帶來(lái)較好的解決方案[1]。

1 工程概況

本次研究基于國(guó)內(nèi)某基坑工程。該項(xiàng)目有著22 m的最大開(kāi)挖深度，項(xiàng)目南側(cè)分布有居民樓，在距居民樓9.6 m位置處的基坑項(xiàng)目有著18 m的開(kāi)挖深度，在距居民樓17.2 m位置處的基坑項(xiàng)目有著15.3 m的開(kāi)挖深度。具體布置如圖1所示。

圖1 基坑項(xiàng)目平面布置圖

該基坑工程有著135 m的長(zhǎng)度、32 m的寬度以及18 m的深度，采用的是直徑為1 200 mm的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，并設(shè)置有袖閥管，注漿在強(qiáng)風(fēng)化巖處。采用1道混凝土和3道鋼支撐作為支承體系，并相應(yīng)設(shè)置有立柱。基坑所處地質(zhì)條件如圖2所示。在該地質(zhì)條件下有著較為顯著的起伏變化，殘積土的力學(xué)特性在水的作用下而有所降低，較易出現(xiàn)軟化崩塌等現(xiàn)象。

圖2 基坑地質(zhì)縱斷面圖

為確保施工的安全，對(duì)基坑開(kāi)挖時(shí)土體沉降進(jìn)行控制，本文根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)制定了沉降測(cè)點(diǎn)分布方案，如圖3所示。

圖3 沉降測(cè)點(diǎn)分布平面示意圖

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

2.1 坑外地表沉降

在距離基坑5 m處設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，坑外地表點(diǎn)隨著不斷增加的基坑開(kāi)挖深度表現(xiàn)出不斷增加沉降的趨勢(shì)，在DBC3測(cè)點(diǎn)處有著最大的沉降。因不同的測(cè)點(diǎn)有著不同的開(kāi)挖深度，基坑的長(zhǎng)邊沒(méi)有出現(xiàn)中間大沉降而兩邊小沉降的規(guī)律，基坑整體在坑外的5 m處隨著不斷增加的開(kāi)挖深度而表現(xiàn)出不斷增加的沉降量。在開(kāi)挖基坑初期，各個(gè)測(cè)點(diǎn)因較小的開(kāi)挖深度而僅有小于5 mm的沉降。地表在基坑開(kāi)挖時(shí)表現(xiàn)出不斷的沉降，并且沉降速率不斷增加，其原因主要在于施工時(shí)降雨的影響。在開(kāi)挖基坑時(shí)，因設(shè)置好了支承體系，故其變形較為緩慢[2]。對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的變化在澆筑完底板之后減小，說(shuō)明對(duì)于坑外的土體而言，底板的澆筑能夠有效控制其豎向位移。而南側(cè)因具有較多的施工機(jī)械荷載而表現(xiàn)較大的沉降。對(duì)其較具代表性的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。

圖4 距基坑5 m處地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線(xiàn)圖

圖5 各斷面地表沉降累計(jì)變化曲線(xiàn)

從圖5可知，地表沉降在整體上表現(xiàn)出凹型，且其沉降趨勢(shì)隨著不斷增加的開(kāi)挖深度表現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在DBC3處有著沉降峰值，具有28 mm的沉降最大值，此時(shí)基坑的開(kāi)挖深度為18 m。對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，在基坑外側(cè)8 m處還有著最大的沉降。相比于DBC6斷面處的沉降而言，DBC3處有著較大的沉降，其主要與斷面所處地質(zhì)條件相關(guān)，DBC3斷面處有著較低的地基巖層面，并且有著較厚的土層覆蓋，受開(kāi)挖深度的影響較大。而另一斷面處的地質(zhì)條件為高巖面區(qū)域，因此受開(kāi)挖深度以及開(kāi)挖卸荷的影響較小。

2.2 建筑物的豎向位移

利用圖3中布置的各測(cè)點(diǎn)監(jiān)控建筑的豎向位移，結(jié)果如圖6所示。

圖6 建筑物沉降累計(jì)變化量曲線(xiàn)

由圖6可知，在FJ9測(cè)點(diǎn)處有著17 mm的最大沉降量。建筑物在開(kāi)始施工時(shí)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，在經(jīng)過(guò)8 m深度的開(kāi)挖之后，基坑外側(cè)有著較大的壓力增長(zhǎng)量，故土體內(nèi)部有著較快的應(yīng)力釋放，具體表現(xiàn)為較大的沉降變形，在該時(shí)間內(nèi)沉降量劇增。在經(jīng)過(guò)10 m的開(kāi)挖之后，建筑物的沉降有所恢復(fù)，其原因在于移除了坑內(nèi)土體的關(guān)系。施工面以下有著較大的隆起變形，并且隨著不斷增加的卸載量，建筑物有隆起出現(xiàn)[3，4]。在開(kāi)挖基坑時(shí)，測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)出回彈現(xiàn)象，并且在澆筑完坑底之后，因鋼支撐的拆除導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)較快的下沉趨勢(shì)，隨著底板的完工，該測(cè)點(diǎn)的沉降又趨于平緩。

在完成施工之后，不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)因所處位置的不同以及開(kāi)挖深度的不同而表現(xiàn)出較大的沉降差異，數(shù)值最大的差異為13 mm。對(duì)比上述監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，地表和建筑物的沉降規(guī)律基本一致：在開(kāi)挖至8 m深度前沉降較慢，但開(kāi)挖至8 m深度之后則有著較大的沉降速率，在坑底澆筑施工完成后，其沉降又逐漸趨于穩(wěn)定。

2.3 圍護(hù)樁頂豎向位移

基坑開(kāi)挖各階段圍護(hù)樁頂豎向位移如圖7所示。

圖7 基坑各階段樁頂豎向位移時(shí)態(tài)曲線(xiàn)圖

由圖7可知，西側(cè)的基坑均表現(xiàn)出隆起現(xiàn)象，并且在ZC1b處有著6.0 mm的最大的隆起值，其余測(cè)點(diǎn)均有所沉降。樁頂沉降的原因主要在于開(kāi)挖基坑使得土體出現(xiàn)卸荷，坑底處的土體出現(xiàn)回彈變形，導(dǎo)致樁頂出現(xiàn)上移趨勢(shì)，進(jìn)而表現(xiàn)出土體的隆起。但對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言，其變形因?yàn)榛貜棾潭纫约昂奢d環(huán)境等的不同而有所不同[5，6]。故通過(guò)對(duì)其余測(cè)點(diǎn)的施工情況進(jìn)行計(jì)算分析可得，測(cè)點(diǎn)處于施工龍門(mén)架的位置，測(cè)點(diǎn)在外部的豎向荷載作用下出現(xiàn)較大的豎向位移，從而有沉降產(chǎn)生。

隨著不斷地開(kāi)挖，在空間位置上樁頂?shù)木唧w變化為：除S1外的斷面均有所沉降，對(duì)各個(gè)斷面的變化情況進(jìn)行更進(jìn)一步的分析可知，在S1測(cè)點(diǎn)處產(chǎn)生的隆起主要位于端井位置，并且該處有著22 m的開(kāi)挖深度，故開(kāi)挖土體會(huì)有較大的卸荷作用出現(xiàn)，導(dǎo)致有較大的坑底回彈，并且因?yàn)橛兄^深的基巖面使其有著較厚的上覆土層，導(dǎo)致樁體在回彈土層的帶動(dòng)下而出現(xiàn)上浮的情況，從而出現(xiàn)隆起。S2到S7斷面均有沉降出現(xiàn)，其原因主要與施工作用相關(guān)。比起北側(cè)的豎向位移，南側(cè)有著更大的變化值，其原因在于南側(cè)有較多的施工機(jī)械荷載。

2.4 樁頂側(cè)移

樁頂側(cè)移情況如圖8所示。

圖8 樁頂側(cè)移時(shí)態(tài)曲線(xiàn)圖

3 坑外地表沉降變形預(yù)測(cè)分析

基于上述分析可知，坑外的土體沉降和圍護(hù)樁的豎向變形存在一定的聯(lián)系，故在對(duì)地表的最大沉降值進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)可通過(guò)研究圍護(hù)樁與地表沉降的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由圖9可知，高基巖面處的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布有著較為顯著的區(qū)分度，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及坑外土體而言，基巖面的高低情況有著較大的影響。較高基巖面的區(qū)域壓縮模量較大，因此相比于土體而言回彈變形較小，導(dǎo)致兩者均有較小的變形出現(xiàn)。此外，相比于圍護(hù)樁的位移而言，地表的位移較大。

圖9 地表沉降和圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移的關(guān)系

為對(duì)地表沉降做出進(jìn)一步的研究，本文采用地層損失法對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算分析，如圖10所示。根據(jù)上述結(jié)果可知，隨著不斷增加的底層開(kāi)挖深度沉降值不斷增大，并且在基坑外6 m的位置有著最大的地表沉降值。隨著基坑開(kāi)挖深度的不斷增加，地表沉降的影響范圍不斷增大，在完工后，地表沉降主要影響范圍距離圍護(hù)樁有35 m。

圖10 地層損失法地表預(yù)測(cè)沉降曲線(xiàn)圖

對(duì)比理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果，所得結(jié)果如圖11所示。從所得結(jié)果可以看出，按照地層損失法進(jìn)行計(jì)算所得到的沉降預(yù)測(cè)曲線(xiàn)和實(shí)測(cè)結(jié)果較為相符，兩者的沉降曲線(xiàn)均表現(xiàn)出凹槽狀。

圖11 各工況下地表沉降曲線(xiàn)對(duì)比圖

對(duì)其開(kāi)展進(jìn)一步的分析可知，在開(kāi)挖基坑初期，理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的最大沉降值基本保持一致，開(kāi)挖至8m及以下時(shí)，理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)值分別為8.22 mm以及8.95 mm；開(kāi)挖至12 m時(shí)，兩者分別為14.01 mm以及15.67 mm，有著較為接近的沉降最大值。隨著不斷增加的基坑開(kāi)挖深度，兩者仍然較為溫和，其中理論計(jì)算結(jié)果有著22.77 mm的最大豎向位移，而實(shí)測(cè)值則有著20.64 mm的最大豎向位移值。但兩者所預(yù)測(cè)得的沉降位置有些許差別，理論計(jì)算結(jié)果最大沉降值所出現(xiàn)的位置約為6 m，實(shí)測(cè)中出現(xiàn)最大沉降值的位置約在8 m。該種差異產(chǎn)生的原因主要是因?yàn)橐哉龖B(tài)分布曲線(xiàn)的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)曲線(xiàn)的繪制，采用的公式主要是在軟土地區(qū)總結(jié)而來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式，與該項(xiàng)目所處的地質(zhì)條件存在一定的差異。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上述分析，本文取得如下結(jié)論：

(1)在基坑開(kāi)挖初期，建筑物僅有較小的變形量，并且各個(gè)測(cè)點(diǎn)的位移量基本相同；在開(kāi)挖中期，不同的測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)不同的沉降，從整體上看表現(xiàn)出差異沉降，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降速率因距離基坑的位置而有所不同，在FJ9號(hào)測(cè)點(diǎn)處出現(xiàn)16.4 mm的最大沉降。隨著距離基坑位置的不斷增加，建筑物各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降逐漸降低，在基坑澆筑完底板之后，建筑物的沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

(2)對(duì)于基坑的地表沉降而言，其整體上表現(xiàn)為凹型，并且該沉降隨著不斷增加的開(kāi)挖深度而不斷增大。對(duì)于高基巖面而言，地表在距離基坑6 m左右的位置有著13 mm的最大沉降值，此外在底板施工之后，測(cè)點(diǎn)的沉降有所降低，故對(duì)于建筑物的沉降而言，基坑底板的施工對(duì)其存在一定的約束作用。

(3)通過(guò)上述分析可知，地表的沉降和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形有一定的聯(lián)系，并且比起圍護(hù)樁的變形而言，地表的沉降較小。通過(guò)對(duì)比地表沉降理論預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，采用地層損失法能夠?qū)Φ乇沓两颠M(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。