周紅波 蔡來炳

上海建科工程咨詢有限公司 上海 200032

1 工程概況

擬建工程場地位于上海市閔行區(qū)華漕鎮(zhèn)，周邊環(huán)境空曠，除北側(cè)緊鄰閔北路外，其他三面現(xiàn)均為空地?；庸こ唐矫娉书L方形，南北向長約234 m，東西向?qū)捈s67 m，開挖面積約15 800 m2，開挖深度為10.75 m，屬于超大深基坑工程。集水井基坑局部落深1.5 m，電梯井基坑局部落深2.5 m，采用旋噴樁加固。工程采用SMW工法樁作為基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)，三軸水泥土攪拌樁Φ850 mm，深23.5 m；內(nèi)插工字型鋼尺寸為 700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，長度22 m，為隔一插一方式，薄弱部位或轉(zhuǎn)角處為密插式。支撐體系為鋼筋混凝土對撐+邊桁架的平面布置形式，豎向設(shè)2 道支撐，首道位于原地坪下2.4 m，二道撐與首道撐豎向間距為4.6 m，如圖1所示。

圖1 混凝土支撐和監(jiān)測點平面示意

擬建場地主要由黏性土、粉性土和砂土組成，自場地的地下水主要為淺部土層中的潛水，埋深1.05～1.40 m。場地地坪標(biāo)高4.2～4.5 m。

根據(jù)設(shè)計要求，本基坑周邊設(shè)置8.3～10.7 m施工道路，標(biāo)高為3.5 m，采用厚200 mm鋼筋混凝土路面，設(shè)雙層雙向Φ12 mm@200 mm鋼筋。在場地平整和施工道路完成后，基坑開挖工況如下：壓頂圈梁施工→首層開挖→第1道圍檁及支撐施工→棧橋斜板施工→第2層土方開挖→第2道圍檁及支撐施工→第3層土方開挖→清底墊層和底板施工。第3層土開挖分塊如圖2所示，開挖順序為B1→B2→B3→B3，首先開挖南邊B1分塊（圖2）。

圖2 第三層土開挖分塊示意

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)[1-3]

本基坑工程從4月份開始開挖，5月份完成第2道混凝土支撐，并開始開挖第3層土方?；油练介_挖正處于長三角地區(qū)的梅雨季節(jié)。本文所分析的基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)容包括圍護(hù)墻體水平位移（測斜管測點EP）、地表沉降（測點GS）、立柱隆起沉降（測點L）、混凝土支撐軸力（測點Z）等，監(jiān)測點平面布置見圖1。

2.1 圍護(hù)墻體水平位移

SMW工法樁圍護(hù)墻體深層水平位移主要采用在水泥土中鉆孔安裝PVC測斜管方式進(jìn)行監(jiān)測。本工程共布置了13 個測斜監(jiān)測點，圖3給出了測點EP02、EP06、EP11、EP13等主要工況的水平位移分布圖。

圖3 圍護(hù)墻體水平位移分布

圖3表明，第3層土開挖后，圍護(hù)墻體水平位移隨著時間推移快速增大，最大水平位移部位向下發(fā)展；圍護(hù)墻體最大水平位移與開挖深度H的關(guān)系為是現(xiàn)行規(guī)范水平位移估測值的上限；圍護(hù)墻體最大水平位移出現(xiàn)在墻頂下12～13 m處，為（1.12～1.21）H，位于開挖面以下1.5～2.5 m范圍；混凝土墊層完成后，圍護(hù)墻體水平位移變化率顯著減??；底板完成后，水平位移變化平穩(wěn)。根據(jù)圍護(hù)墻體水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，墻趾的水平位移值較大，為（0.45～0.76）平均比值為表明超大深基坑開挖后SMW工法樁圍護(hù)墻趾位移較大，開挖面以下土體影響范圍大，這是監(jiān)控圍護(hù)結(jié)構(gòu)踢腳破壞的重要參數(shù)。

2.2 地表沉降

沿基坑邊線共布置8 個地表沉降觀測斷面，每個斷面布置4 個點，與圍護(hù)墻體距離分別為3 m、6 m、9 m、12 m。監(jiān)測數(shù)據(jù)所得的基坑外側(cè)地表沉降分布如圖4所示。

圖4 地表沉降分布

從圖4分析，最大地表沉降量Smax在56～110 mm之間變化，主要出現(xiàn)在距離基坑邊約6 m位置，且在6～12 m范圍分布比較平緩，處于基坑開挖主影響區(qū)域；緊鄰圍護(hù)墻體位置的沉降量在13～38 mm之間，為（0.20～0.38）Smax。

2.3 立柱沉降

圖5 立柱隆起沉降變化曲線

本工程共布置12 個立柱沉降觀測點（圖1）。圖5給出了北分塊B1和南分塊B1開挖后對應(yīng)立柱隆起量變化情況。從圖5分析，第3層土開挖即基坑開挖到底后，立柱隆起變形迅速增大，并超過設(shè)計報警值15 mm；在混凝土墊層完成前達(dá)到最大，混凝土墊層完成后，立柱隆起變形大致呈下降趨勢，這種下降趨勢在底板混凝土完成后更顯著，直至趨于穩(wěn)定值。

2.4 鋼筋混凝土支撐軸力

混凝土支撐軸力監(jiān)測點見圖1所示，每個檢測位置分為上、下道支撐軸力監(jiān)測點。表2給出了第3層土開挖前后各支撐軸力變化。

表1 支撐軸力監(jiān)測值

從表1分析，在第3層土開挖前，首道支撐軸力在3 572～4 934 kN之間。第3層土開挖后，首道混凝土的軸力減小，第2道混凝土支撐軸力快速增大，且累計軸力測值嚴(yán)重超出設(shè)計報警值4 730 kN。然而，這種快速變化止于混凝土墊層完成，在底板混凝土完成后趨于穩(wěn)定。圖6給出了Z1-2與Z2-2、Z1-8與Z2-8軸力變化情況。

圖6 支撐軸力變化曲線

3 基坑變形性狀

根據(jù)上述監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對于以SMW工法樁為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的超大深基坑工程，土方開挖引起的圍護(hù)墻體水平位移、地表沉降和立柱隆起沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)值很大，均超過設(shè)計或規(guī)范報警值；這種基坑變形性狀隨著開挖面土體暴露時間增長而顯著增大，引起基坑趨于不穩(wěn)定狀態(tài)；混凝土墊層和底板的完成有效地控制了基坑變形發(fā)展，轉(zhuǎn)變了這種不穩(wěn)定變化趨勢。

3.1 SMW工法樁圍護(hù)墻體剛度

根據(jù)日本材料協(xié)會的試驗結(jié)果，SMW工法樁圍護(hù)墻體剛度可取1.2 倍插入型鋼的剛度。對于Φ850 mm@650 mm三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼圍護(hù)墻體，采用隔一插一布置方式，長1.2 m的圍護(hù)墻體剛度為4.02×105kN·m2。根據(jù)圍護(hù)墻體測斜數(shù)據(jù)，最大水平位移位于開挖面以下1.5～2.5 m，可得圍護(hù)墻體的剛度參數(shù)0.19 MPa。根據(jù)土層物理力學(xué)參數(shù)確定土體強(qiáng)度系數(shù)，并根據(jù)圍護(hù)墻體位移與墻體剛度系數(shù)關(guān)系，可以確定SMW工法樁支護(hù)體系屬于柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)范圍。

3.2 地表沉降

通過大量的工程數(shù)據(jù)和理論研究表明，基坑外地表沉降因素包括圍護(hù)墻體水平位移和坑底土體隆起變形等，且圍護(hù)墻體最大水平位移和最大地表沉降Smax存在線性相關(guān)性。根據(jù)本文工程監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，最大地表沉降Smax在之間，平均值為圍護(hù)墻趾位移約為0.59dmax。由圍護(hù)墻體下部土體位移引起的地表沉降量較大，空間效應(yīng)顯著。

為分析SMW工法樁圍護(hù)墻體水平位移和地表沉降變化關(guān)系，繪制了最大地表沉降Smax和對應(yīng)位置的最大圍護(hù)墻體水平位移歷時變化曲線圖進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：地表沉降隨著圍護(hù)墻體水平位移的增加而增大；在混凝土墊層、底板完成后，圍護(hù)墻體水平位移趨于平緩，地表沉降仍在持續(xù)增大，但增加幅度顯著減小?？梢哉J(rèn)為，由超孔隙水壓力引起的地表沉降增幅遲于圍護(hù)墻體的水平位移增幅。

4 結(jié)語

本文基于工程案例，討論了SMW工法樁圍護(hù)墻體的超大深基坑變形性狀和受力特點，提出了控制軟土超大深基坑變形的措施。主要體現(xiàn)在以下方面：

（a）對于飽和軟黏土的超大深基坑工程，SMW工法樁圍護(hù)墻體屬于柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，其最大水平位移范圍是是現(xiàn)行規(guī)范水平位移估測值的上限；最大水平位移部位在開挖面以下（0.12～0.21）H范圍；圍護(hù)墻趾的水平位移在之間，是監(jiān)控圍護(hù)結(jié)構(gòu)踢腳破壞的重要參數(shù)；

（b）以SMW工法樁為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的超大深基坑，最大地表沉降出現(xiàn)在（0.5～1.1）H范圍，最大沉降量與圍護(hù)墻體位移關(guān)系有Smax=（0.64～0.97）地表沉降發(fā)展滯后于SMW工法樁圍護(hù)墻體的水平位移；

（c）對于豎向設(shè)置2 道混凝土支撐的飽和軟黏土超大深基坑，首道混凝土支撐軸力隨著開挖面土體暴露時間增長而呈減小趨勢，2 道支撐軸力則急劇增大；

（d）對于飽和軟黏土超大深基坑工程，基坑開挖面土體的暴露時間對基坑變形性狀和支護(hù)體系受力影響顯著，分小塊開挖、及時完成混凝土墊層和底板結(jié)構(gòu)等是控制基坑變形和穩(wěn)定性的重要措施。