陳樹杰 廖振宇

(無錫市軌道交通發(fā)展有限公司,江蘇無錫 214043)

由于城市的迅猛發(fā)展,深基坑問題逐漸成了設(shè)計和施工的重要問題之一。為了確?；釉O(shè)計、施工的可靠性,除了在分析模型、計算方法、選用概率理論來盡量擬合實際情況以外,還必須進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測?，F(xiàn)場監(jiān)測作為確?；庸こ淌┕ぐ踩煽窟M(jìn)行的必要和有效手段,對于驗證原設(shè)計方案、局部調(diào)整施工參數(shù)以及改進(jìn)和提高設(shè)計水平等具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

1 工程實例

蘇州樂園路站標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度為15.9～21.2 m,端頭井開挖深度為17.3～17.6 m,采用800厚31～38 m深的地下墻進(jìn)行圍護(hù)；換乘節(jié)點基坑開挖深度23.2 m,局部最大開挖深度25.0 m。

蘇州樂園站位于蘇州樂園大門東側(cè),平行長江路,其北端為金山路,本站站位現(xiàn)址為蘇州樂園停車場。基坑周邊建筑物較少,南端井西面為陽光大酒店,換乘段西面為天恩大酒店,建筑物年代較新,結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)。周邊管線大部分為電力、電信等軟線,其他為自來水管線。其中標(biāo)準(zhǔn)段末端靠近天恩大酒店,是本工程最大的風(fēng)險源,也是本工程保護(hù)的重點建筑物。

蘇州地區(qū)多是淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土,屬于軟地基,墻體變化量比較大,容易引起周邊環(huán)境的變化。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)

基坑開挖和降水施工將不可避免地對周邊環(huán)境帶來不利影響,為此應(yīng)加強(qiáng)對外圍環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測,及時了解施工中的動態(tài)變化情況以指導(dǎo)施工,便于及時采取相應(yīng)措施。為確保基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物的安全,在基坑開挖、支護(hù)及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工階段進(jìn)行了以下項目的監(jiān)測：基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體水平位移監(jiān)測(測斜)、墻頂位移監(jiān)測、建筑物沉降監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測、鋼格構(gòu)立柱的變形監(jiān)測、坑外水位監(jiān)測等。

為了清晰全面地分析監(jiān)測數(shù)據(jù),將蘇州樂園站分為四個部分來介紹,分別為南端井、標(biāo)準(zhǔn)段、換乘段、北端井。

2.1 墻體水平位移監(jiān)測

墻體水平位移監(jiān)測變化曲線如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

2.2 墻頂位移監(jiān)測

墻頂位移監(jiān)測曲線如圖5、圖6所示。

2.3 建筑物沉降

建筑物沉降情況如圖7、表1、表2所示。

2.4 立柱沉降

立柱沉降情況如圖8、表3所示。

2.5 支撐軸力

由于支撐軸力布點的特殊性,為了方便清晰地看到軸力隨基坑開挖的變化趨勢,選擇有代表性的軸力計作為研究對象(如圖9、圖10、圖11、圖12所示)。

圖1 南端井端頭

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段

圖4 北端頭井

圖6 北端井墻頂水平位移

圖7 天恩大酒店房屋沉降

圖8 立柱沉降

表1天恩大酒店房屋沉降數(shù)據(jù)mm

測點編號10-2711-711-1811-2411-3012-612-13JZ23-0.82-5.29-7.24-9.27-8.41-9.67-11.97JZ24-0.74-3.88-4.01-5.61-5.9-7.2-9.68JZ25-0.57-4.77-5.54-6.95-7.21-8.47-10.72JZ26-0.79-6.99-9.75-11.72-11.14-12.83-16JZ27-0.71-8.26-12.38-13.71-14.47-16.13-19.3JZ28-0.48-3.53-7.72-8.65-9.62-10.97-14.35JZ29-0.6-5.91-9.93-10.8-11.93-13.3-16.87JZ30-0.71-3.2-7.09-8.15-8.28-9.88-12.36

表2 最大累計變化量

表3 立柱沉降數(shù)據(jù) mm

圖9 第一道支撐 圖10 第二道支撐 圖11 第三道支撐 圖12 第四道支撐

2.6 坑外水位

坑外水位隨時間變化趨勢如圖13、表4所示。

圖13 坑外水位變化趨勢

表4坑外水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計mm

11-2312-231-232-263-234-235-246-257-228-21SW13180-12893493001127929841943897839SW14-1714-2680-2231-2212-2805-2864-2657-2645-2631-2537SW21-395-904-471-473-402-351-442-406-438-388SW22-330-964-872-896-917-384-377-289-325-305SW27-1309-561-1219-1250-877-206-306-375-420-344SW28-1855-1888-3591-3558-2254-1807-1881-1727-1769-1621SW29-1900-1470-3853-3815-3595-4486-4318-4251-4016-3899

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析

綜合分析墻體位移數(shù)據(jù)變化情況分析,開挖第四層土?xí)r,是基坑開挖的關(guān)鍵時期,基坑越深,周邊土體壓力也隨之增大,而且速度很快,墻體的最大土體壓力位置下移,最大位移量出現(xiàn)在12～16 m之間。底板澆筑前,第三道和第四道支撐受力最大,報警值在這個時期極易出現(xiàn)。因此，澆筑底板的速度一定要快,時間要短,禁止基坑開挖到底后長時間的閑置。一般情況下,底板澆筑完成后,整個基坑處于受力平衡狀態(tài),基坑趨近于穩(wěn)定。

拆撐也是一個關(guān)鍵時期,由于支撐的拆除,基坑由原來的受力平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài),致使墻體產(chǎn)生再次變形,而且拆除關(guān)鍵支撐墻體變化量比較大,一般在3～5 mm之間,甚至達(dá)到8～10 mm。

墻頂水平位移、垂直位移變化趨勢是一致的,但是引起二者變化的直接原因不相同,墻頂垂直位移主要是坑內(nèi)土體卸載坑底隆起引起,墻頂水平位移主要是坑外主動土壓力大于被動土壓力,坑外土體向坑內(nèi)移動所造成的。

天恩大酒店靠近標(biāo)準(zhǔn)段,最近距離只有3 m,基坑稍微變形就會引起天恩大酒店的變形。從監(jiān)測數(shù)據(jù)和建筑物變化趨勢來分析,由于基坑墻體變化比較小,靠近天恩大酒店的墻體水平位移CX22最大變化量在20 mm左右,且比較平穩(wěn),對建筑物的影響較小。天恩大酒店建筑物基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu),建筑物年代較新,總體沉降量比較理想,其中最大累計沉降出現(xiàn)在靠近基坑邊的JZ27(29.8 mm)。沉降規(guī)律與設(shè)計相符,靠近基坑的沉降量大,整體向基坑方向傾斜；隨著基坑的開挖,沉降速率不斷增加,底板澆筑完成后,變形趨勢開始收斂。

立柱變形主要是坑底隆起造成的,變化量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連續(xù)墻墻頂變形。換乘段由于開挖較深,基坑面積大,立柱最大隆起量達(dá)到了29.18 mm，已經(jīng)超過了報警值。監(jiān)測報警后,監(jiān)測單位主動加密監(jiān)測頻率,施工單位和各上級主管部門都非常重視,采取了各種措施,比如加快施工進(jìn)度,搶澆底板,降低承壓水的水頭等等,最終立柱穩(wěn)定在29 mm的位置。

從立柱變化趨勢(圖8)可以看出,在基坑開始卸載的時候,隆起量變化速率很快,開挖最后一層土?xí)r,隆起量基本上達(dá)到了最大,底板澆筑完成并凝固后,變化逐步減小,直至穩(wěn)定。

通過支撐數(shù)據(jù)可以分析得出:

①支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中土體的物理力學(xué)參數(shù)選擇不當(dāng)。

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的土壓力大小直接影響其安全度,但由于地質(zhì)情況多變且十分復(fù)雜,要精確地計算土壓力目前還十分困難,至今仍在采用庫倫公式或朗肯公式。土體物理參數(shù)的選擇是一個非常復(fù)雜的問題,尤其深基坑開挖后,含水率、內(nèi)摩擦角和黏聚力三個參數(shù)是可變值,很難準(zhǔn)確計算出支護(hù)結(jié)構(gòu)的實際受力。在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中,如果對地基土體的物理力學(xué)參數(shù)取值不準(zhǔn),將對設(shè)計的結(jié)果產(chǎn)生很大影響。

②基坑土體的取樣具有不完全性。

③基坑開挖存在的空間效應(yīng)考慮不周。

根據(jù)大量監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生的水平位移是中間大兩邊小。深基坑邊坡的失穩(wěn),常常以長邊的居中位置發(fā)生。這足以說明深基坑開挖是一個空間問題。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計是按平面應(yīng)變問題處理的，對一些細(xì)長條基坑來講,這種平面應(yīng)變假設(shè)是比較符合實際的,而對近似方形或長方形深基坑則差別比較大。所以,在未進(jìn)行空間問題處理前而按平面應(yīng)變假設(shè)設(shè)計時,支護(hù)結(jié)構(gòu)要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)開挖空間效應(yīng)的要求。

④支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算與實際受力不符。

工程實踐證明,有的支護(hù)結(jié)構(gòu)按極限平衡理論設(shè)計計算的安全系數(shù),從理論上講是絕對安全的,但有時卻發(fā)生破壞；有的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)雖然比較小,甚至達(dá)不到規(guī)范的要求,但在實際工程中卻滿足要求。

極限平衡理論是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的一種靜態(tài)設(shè)計,而實際上開挖后的土體是一種動態(tài)平衡狀態(tài),也是一個土體逐漸松弛的過程,隨著時間的增長,土體強(qiáng)度逐漸下降,并產(chǎn)生一定的變形,在設(shè)計中必須充分考慮到這一點。

根據(jù)支撐軸力的監(jiān)測數(shù)據(jù)反映,本工程土方開挖初期,由于開挖速度較快,支撐軸力上升較大，這也與深層土體位移觀測結(jié)果相對應(yīng)。

由水位觀測可以發(fā)現(xiàn),坑外水位基本上呈現(xiàn)下降趨勢。因坑內(nèi)降水產(chǎn)生壓力差,通過連續(xù)墻的縫隙滲入基坑,導(dǎo)致坑外水位下降。如果連續(xù)墻出現(xiàn)大的滲漏,坑外水位會出現(xiàn)急劇下降(例如SW29),當(dāng)連續(xù)墻滲漏點被封堵后,坑外水位又會因為水源的補(bǔ)給而慢慢恢復(fù)?？觾?nèi)水位和降水有直接關(guān)系,只有坑內(nèi)水位降到設(shè)計位置才能順利施工。對于多雨季節(jié)時出現(xiàn)的地下水位上升,應(yīng)加大降水井抽水量,延長抽水時間的辦降低地下水位,并加大地下水位監(jiān)測的頻率,確保施工的順利進(jìn)行。除采取以上監(jiān)測措施外,每天應(yīng)由工程經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員對基坑穩(wěn)定作肉眼觀測,主要觀察支護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、圍護(hù)體系滲水現(xiàn)象、施工條件的改變、坑荷載的變化、管道滲漏、降雨等情況對基坑的影響。注意基坑周圍的地面裂縫、維護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系失常情況，鄰近建筑物的裂縫、局部管涌現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)隱患及時處理。

4 結(jié)束語

建筑基坑的開挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)是一個系統(tǒng)工程,涉及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料、施工工藝和施工管理等多方面。它是集土力學(xué)、水力學(xué)、材料才學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等于一體的綜合性學(xué)科，支護(hù)結(jié)構(gòu)又是由若干具有獨立功能的體系組成的整體。正因如此,無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計還是施工組織都應(yīng)當(dāng)從整體功能出發(fā),將各組成部分協(xié)調(diào)好,才能確保它的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

地鐵軟土深基坑工程施工監(jiān)測隨工程地質(zhì)水文條件變化,在工程實踐中仍處于經(jīng)驗及工程類比的階段。針對具體工程,常常通過設(shè)計和實際相結(jié)合的辦法找出相應(yīng)的監(jiān)測方法,及時反饋信息,指導(dǎo)基坑施工。通過監(jiān)測分析,在設(shè)計軟土深基坑時必須考慮各種不利因素,針對不同的地質(zhì)條件,采取不同的措施,充分考慮不同工況下基坑的變形及受力。在施工軟土深基坑時應(yīng)嚴(yán)格按時空效應(yīng)執(zhí)行,先撐后挖,短開挖、快支撐、速封閉、勤量測、速反饋,并且要充分熟悉地質(zhì)資料,動態(tài)控制,必要時可對警戒值進(jìn)行調(diào)整。

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