張 兆 龍

(南方電網(wǎng)調峰調頻發(fā)電有限公司， 廣東 廣州 510630)

隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展，基坑的開挖深度愈來愈深，復雜性也顯得尤為突出[1-2]。由于深基坑周邊環(huán)境復雜性，導致深基坑開挖與支護的難度愈來愈大，其危險性也大幅提高[3]。深基坑支護體系是為保證地下室施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護措施[4]。深基坑支護結構作為臨時性結構，當?shù)叵率医Y構施工完畢并回填后，其使命即完成。因此在工程實踐中，基坑支護結構的設計使用年限往往只有一年[5]。而在工程建設過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)由于設計調整、建設方資金不足、合同糾紛等原因導致深基坑長時間擱置，其支護結構長期處于超期限使用狀態(tài)，這成為城市建設的一顆定時炸彈[6]。因此，了解支護結構在基坑超期服役期間的變形規(guī)律，全面有序地評估超期服役深基坑的安全穩(wěn)定性能，合理延長其設計使用期限，降低基坑超期使用的風險隱患，成為工程建設者們必須要面對和思考的實際問題。

本文以某超期服役的深基坑為例，結合現(xiàn)場長期大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，探討了支護樁在基坑擱置前后的變形規(guī)律；同時，基于抽樣檢測確定的基坑現(xiàn)狀，借助于深基坑支護結構設計分析軟件，通過對比分析支護樁的樁體位移、錨索安全系數(shù)等重要指標，對兩階段下的基坑穩(wěn)定性進行安全穩(wěn)定性評估，為今后類似工程建設積累一定的實踐經(jīng)驗。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某項目為高層建筑群，3層地下室，基坑底開挖面積約15 000 m2，支護總周長約567 m，基坑開挖深度14.0 m～15.2 m?；又苓叚h(huán)境較復雜，東、南兩側均為基坑開挖后的新建建筑，西側緊鄰城市道路，其下埋設有市政電纜、電信及排水管道等設施，北側是項目建設空置地，基坑平面見圖1。

圖1基坑平面布置圖

該深基坑安全等級為一級，東、南、西三側采用排樁+預應力錨索并結合放坡、北側全部放坡的支護形式，支護結構設計使用年限為一年。典型的基坑支護結構剖面見圖2。其中，排樁為鋼筋混凝土灌注樁，樁徑800 mm，樁水平間距1 300 m，樁長16 m，入土深度5 m，樁身混凝土強度C30。放坡面、樁間面層均采用掛鋼筋網(wǎng)并噴射100 mm 厚C20混凝土護壁。沿樁長共布置三道預應力錨索，間距均為4 m，與水平方向夾角均為30°。預應力錨索成孔直徑150 mm，水平間距1 300 m，材料為1 860 MPaφs15.2鋼絞線。第一、三道錨索為3束鋼絞線，第二道錨索為4束鋼絞線，各道錨索錨固長度、自由長度、拉力設計值及鎖定值等參數(shù)見圖2。

1.2 基坑現(xiàn)狀

2013年8月開始土方開挖，2014年1月開挖至坑底設計標高后，因建設方原因，工程暫停建設。2015年1月，基坑支護結構達到設計使用年限后，工程仍未復工建設。直到2017年底，項目具備復工建設條件。為全面排查深基坑存在的安全隱患，建設方委托評估單位對基坑進行穩(wěn)定性評估。

圖2基坑支護結構剖面(單位：mm)

2 基坑監(jiān)測結果分析

2.1 監(jiān)測方案

基坑維護需要以數(shù)據(jù)為依托，由于該基坑已經(jīng)超期，對其監(jiān)測尤為重要[7]。通過獲取實時檢測數(shù)據(jù)，并對結果進行處理、分析，確?；蛹爸苓叚h(huán)境的安全[8]?？紤]工程重要性、周邊環(huán)境復雜程度等因素，確定基坑監(jiān)測項目包括為樁頂水平位移及樁體側斜、坑頂沉降、周邊建筑物沉降、地下水位和錨索軸力等。其中，位移監(jiān)測報警值均為30 mm，速率報警值為5 mm/d；錨索軸力報警值為其設計值。監(jiān)測頻率為5天一次。主要監(jiān)測點布置見圖1。

2.2 樁體側斜監(jiān)測

支護樁的水平位移(側斜)監(jiān)測是深基坑監(jiān)測的重要內容，通過側斜監(jiān)測可了解基坑不同階段下的支護樁沿深度方向的水平位移情況，確?；又ёo結構和周邊環(huán)境的安全[9]。選取CX1-CX4側斜孔的監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制不同時段下的樁體側斜曲線見圖3。

從圖3可以看出，基坑在不同時間點下的樁體側斜曲線均大致呈線性變化，側斜位移隨樁體深度的增加而逐漸減小，近似于“懸臂梁”變形模式，即樁體側斜位移峰值始終發(fā)生在樁頂，而樁根位移接近于0，說明樁頂以下的預應力錨桿對支護樁的變形約束作用明顯。整體上說，隨著基坑擱置時間的增長，不同深度處的樁體側斜位移均不斷增大，支護樁不斷向坑內傾斜。截止復工前(2018年1月)，各側斜孔的樁體側斜位移最大值為24.4 mm，未超報警值30 mm，即支護樁變形安全、穩(wěn)定。

圖3樁體側斜曲線

2.3 樁頂水平位移監(jiān)測

為進一步研究基坑在不同時間點下的支護樁位移變形趨勢及規(guī)律，選取CX1-CX5側斜孔處的樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制位移時程曲線，見圖4。

圖4樁頂水平位移時程曲線

由圖4可以看出，在土方開挖期(2013年7月至2014年1月)，位移時程曲線的曲率較大，而在正常設計使用期(2014年1月至2015年1月)和超期服役期(2015年1月之后)，位移時程曲線的曲率均較小，進一步說明土方開挖是快速釋放荷載過程，土體和支護樁的相互作用導致支護樁水平位移短期快速增加；而土方開挖完畢后，隨著土體內應力釋放完畢，支護樁變形也趨于穩(wěn)定。從整個位移時程曲線發(fā)展來看，隨著基坑擱置時間的增長，樁頂水平位移緩慢增長，并在后期趨于穩(wěn)定。

基坑擱置前(2013年7月至2014年1月)、擱置后(2014年1月至2018年1月)的樁頂水平位移增量統(tǒng)計見表1。

表1 樁頂水平位移增量

由表1可知，在基坑短邊方向，即CX1、CX5監(jiān)測點，基坑擱置后的樁頂水平位移增量遠大于擱置前，擱置前位移增量分別為3.6 mm、5.4 mm，而擱置后為20.8 mm、19.8 mm，分別約為擱置前位移增量的5.8倍、3.7倍；而在基坑長邊方向，即CX2—CX4監(jiān)測點，基坑擱置前后的樁頂水平位移增量大致相當，說明基坑長期擱置對短邊方向的樁體變形影響更大。

同時，綜合圖4、表1可知，雖然基坑擱置后的樁頂水平位移增長相對較緩慢，但累計位移增量卻不容忽視，故應重視基坑長期擱置而產(chǎn)生的時空效應，加強此期間的樁體變形監(jiān)測。

3 基坑穩(wěn)定性評估

基坑穩(wěn)定性評估按兩階段進行。階段一是基坑現(xiàn)階段(即超期服役期)的穩(wěn)定性評估，其目的是判斷基坑在現(xiàn)階段的穩(wěn)定性，評估基坑繼續(xù)超期限服役的期限，明確應急措施的制定原則；階段二為后續(xù)主體施工階段的穩(wěn)定性評估，其目的是判斷基坑在此階段的穩(wěn)定性，確定是否應采取加固措施。

3.1 評估模型的建立

研究發(fā)現(xiàn)，當基坑長寬比L/B>2.0時，隨著L/B增大，基坑空間效應不再明顯，若再按考慮空間效應的方法進行基坑的設計與施工，則不能取得較好的經(jīng)濟效益，此時按二維平面問題進行計算分析則更為簡單、安全[10-11]。因本基坑的平面尺寸L/B=3.9(基坑長L=216 m，寬B=56 m)，為簡化計算、提高效率，在基坑分析建模時，按二維平面問題考慮。根據(jù)抽樣檢測確定的基坑現(xiàn)狀，利用深基坑支護結構設計分析軟件，建立1～5基坑支護結構剖面的二維模型，分別進行兩階段下的基坑穩(wěn)定性評估分析，各剖面位置見圖1。模型主要參數(shù)的選取原則如下：

(1) 支護結構參數(shù)。支護樁樁身完整性及混凝土強度、噴錨混凝土厚度等參數(shù)根據(jù)檢測報告確定。錨索抗拔試驗表明，部分錨索極限承載力已降低，綜合考慮試驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)場條件等因素，基坑穩(wěn)定性評估時，錨索抗拔極限承載力取0.8倍原極限承載力。

(2) 工程地質條件。基于工程地質詳細勘察報告，根據(jù)本次基坑周邊地質補充勘察結果，確定基坑現(xiàn)階段下周邊土層的平均厚度h、重度r、壓縮模量Es、黏聚力c、內摩擦角φ等物理力學參數(shù)，見表2。

表2 土層物理力學參數(shù)

(3) 荷載工況。階段一：計算工況為基坑已開挖完畢，且根據(jù)現(xiàn)場實際，基坑頂部荷載取5 kPa；階段二：計算工況為基坑頂部荷載20 kPa，用于模擬后續(xù)主體施工初期基坑頂部材料堆載、重載設備經(jīng)過等施工荷載對支護結構的變形、受力等的影響[12]。

3.2 評估結果分析

限于篇幅，本文僅對支護結構剖面處的樁體水平位移、預應力錨索軸力等重要參數(shù)的數(shù)值模擬結果進行評估分析。

3.2.1 樁體位移評估分析

提取1～4支護結構剖面處的樁體水平位移數(shù)值模擬結果繪制其側斜曲線，并與其階段一的監(jiān)測結果(CX1—CX4監(jiān)測點)進行對比分析，見圖5。

由圖5可以看出，階段一的模擬結果與監(jiān)測結果在數(shù)值上有些出入，且樁體水平位移最大值的位置下移約0.2H～0.3H(H為樁長)，這是由于在數(shù)值模擬時沒有考慮地下水、天氣及周邊環(huán)境變化等的影響，使得模擬結果與監(jiān)測結果存在一定的偏差[13]。同時，影響支護結構位移與內力因素的復雜性，假定的計算條件與實際條件存在的差異性、巖土參數(shù)的變異性等原因，使得模擬值與監(jiān)測值存在一定的差別[14]。但總體上說，兩者的變化趨勢大體一致，模擬值基本可包絡監(jiān)測值，表明建立的計算模型較合理，參數(shù)選取恰當，可用于基坑的穩(wěn)定性評估分析。

圖5樁體位移模擬結果

通過評估分析發(fā)現(xiàn)，各階段下的樁體水平位移均小于預警值30 mm，說明基坑在各階段下的支護樁變形在可控范圍內。以3-3剖面為例，樁體水平位移在階段一的最大值為25.8 mm，而在階段二增大至28.7 mm，較前者增加約11.2%，且已接近位移預警值。整體上來看，階段二的樁體水平位移較前階段有所增加，說明后續(xù)主體施工會影響到支護樁變形。

3.2.2 錨索軸力評估分析

預應力錨索主要起到限制支護樁變形的作用，并與支護樁組合形成樁錨支護體系。其失效后，將無法保證被加固體的穩(wěn)定性和安全性[15-16]。階段一錨索軸力模擬結果見圖6、圖7。

由圖6、圖7可以看出，階段一錨索軸力模擬值和監(jiān)測值吻合較好，進一步驗證了分析模型建立的合理性。同時，各剖面錨索的軸力模擬值均未超報警值，說明錨索軸力值變化在可控范圍內。

圖6 第一道錨索軸力模擬結果

圖7第二道錨索軸力模擬結果

《建筑基坑支護技術規(guī)程》[4](JGJ 120—2012)規(guī)定，對于基坑安全等級為一級的樁錨支護結構，錨桿抗拔安全系數(shù)Kt(錨索軸力值Nk與抗拔承載力Rk之比)不應小于1.8。根據(jù)數(shù)值模擬結果提取各錨索的軸力值，計算其在不同階段下的抗拔安全系數(shù)見表3。表中，Rk、Nk值的單位為kN。

表3 不同階段下的錨索安全系數(shù)

由表3可以看出，在階段一，除3-3和5-5剖面外，其他剖面的錨索安全系數(shù)均大于或等于1.8，可基本滿足規(guī)范對一級基坑安全系數(shù)的要求，且尚具有一定的安全裕度，說明基坑在此階段基本處在較穩(wěn)定狀態(tài)；而在階段二，各剖面錨索的安全系數(shù)均在1.5～2.1之間，只有個別錨索的安全系數(shù)大于1.8。以2-2剖面處的第二、三道錨索為例，階段一的錨索安全系數(shù)均為1.8，而在階段二的安全系數(shù)均已下降至為1.7，較前階段下降了約5.6%，且安全系數(shù)小于1.8，此時已不能滿足規(guī)范對一級基坑安全系數(shù)的要求。

整體上說，階段二的錨索安全系數(shù)較階段一均有所降低，且近半數(shù)錨索的安全系數(shù)已不能滿足設計規(guī)范要求，說明基坑整體穩(wěn)定性能已有所下降，基坑在此階段的安全隱患增加，應嚴格控制此階段的基坑周邊施工荷載，加強基坑監(jiān)測，并做好應急預案，必要時應采取加固措施。

4 結 論

通過對某超期服役深基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析以及安全穩(wěn)定性評估，可得以下結論：

(1) 基坑在不同時段下的樁體側斜近似于“懸臂梁”變形模式，即樁體位移隨著樁體深度的增加而逐漸減小。同時，在基坑土方開挖期，樁體位移增長較快，但隨著基坑擱置時間的推移，樁體位移增長較緩慢，并在基坑超期服役后期趨于穩(wěn)定。

(2) 在基坑長邊方向，基坑擱置前后的樁頂水平位移增量大致相當；而在基坑短邊方向，基坑擱置后的樁頂水平位移增量遠大于擱置前的位移增量，說明基坑長期擱置對短邊方向的樁體變形影響更大。

(3) 通過對基坑的穩(wěn)定性評估發(fā)現(xiàn)，在安全維護階段，基坑基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。但在后續(xù)主體施工階段，不僅樁頂水平位移已接近報警值，而且近半數(shù)錨索的安全系數(shù)已不能滿足設計規(guī)范要求，基坑在此階段的整體穩(wěn)定性能下降明顯，基坑存在一定的安全隱患，應引起重視。