■ 繆揚揚

（福建省交通科研院有限公司， 福州 350004）

基坑開挖過程，除涉及圍護結(jié)構(gòu)受力變形方面的問題，還涉及包括土力學(xué)方面土壓力理論等諸多方面的問題。 從對城市發(fā)展需要的適應(yīng)角度看，基坑開挖得越深，其保護就越嚴(yán)格。 在城市車行通道的基坑開挖工程上尤其如此。

本文結(jié)合工程實際開挖順序，采用理正巖土工程軟件對基坑開挖中圍護樁深層水平位移進行模擬分析[1]，與現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，來探討模擬分析的可行性及可靠性。

1 工程概況及測點布設(shè)

1.1 工程概況

該項目位于福州市倉山區(qū)洪山橋頭， 及南北兩側(cè)洪甘路楊橋路局部路段，起點里程樁號YK0+116.278，終點里程樁號YK0+630。 車行通道位置YHK0+170～YHK0+550，總長380 m（圖1）?；娱_挖深度為2.0～15.02 m（局部泵房地段基坑深度為15.02 m）， 基坑開挖及圍護樁作用深度范圍內(nèi)的地質(zhì)條件較差，主要為填筑土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土。人行地道位置YK0+370，位于楊洪車行通道之上。 本車行通道及人行地道位于楊橋西路、洪甘路與洪山橋交叉處， 是由市區(qū)經(jīng)由洪山橋進三環(huán)路的重要交通要道，車流量大，行人密集，交通疏解及交通組織難度大。

1.2 工程地質(zhì)評價

圖1 本項目地理位置示意圖

根據(jù)前期勘察資料分析，各巖土層地質(zhì)情況相對較穩(wěn)定，但厚度不均勻，其巖性及力學(xué)特性均存在局部差異變化的特征；同一巖土層之間的工程特性具有一定差異性。 場區(qū)地勢較低，基巖埋深較深，且有流塑狀淤泥質(zhì)黏土分布， 因此不適合使用天然基礎(chǔ)，建議使用樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層建議選擇全風(fēng)化花崗斑巖。 由于本場地揭露的全風(fēng)化及強風(fēng)化層頂埋深起伏相對較大， 應(yīng)重視基巖面起伏造成的局部巖面坡度較大對樁基穩(wěn)定性的影響， 進行樁基礎(chǔ)施工時，維護樁端應(yīng)嵌入持力層，確?；A(chǔ)的穩(wěn)定性。

地道區(qū)域上部為Q4ml人工填筑土及Q4ml+m沖海積淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，下伏基巖為γπ53d燕山晚期第四次侵入花崗班巖。 取地層參數(shù)如表1。

所在區(qū)域河流一級階地區(qū)場地類別為Ⅲ類，場地抗震設(shè)防裂度為7 度， 不良地質(zhì)作用與特殊巖土，主要為軟塑狀泥質(zhì)黏土，對工程穩(wěn)定性存在不利影響。

1.3 土方開挖工序

根據(jù)基坑整個橫斷面的寬度和分層深度，從一端開始向前開挖；每層開挖深度約2.0 m。

表1 各巖土層特征一覽表

土方開挖原則：豎向分層，縱向分段，中部拉槽。 根據(jù)鋼支撐及現(xiàn)場實際等情況，擬將基坑豎向分2～7 層，豎向分層高度根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)尺寸及挖掘機開挖能力確定。 支護樁樁身強度達到要求后，進行土方開挖工作，土方縱向開挖分2～4 層，第一層為場平地面至冠梁底以下50 cm， 完畢后開始進行冠梁的施工。 施工第一道鋼筋砼支撐，鋼筋砼支撐施工于冠梁上，中心位置為冠梁中心，與此同時開始進行第二層中部拉槽，槽頂邊沿距兩邊護坡樁內(nèi)側(cè)須留置2 m 寬的土臺，拉槽坡度為1∶0.5，以利于挖土機進行以下土方的開挖。 第二層開挖至第二道鋼管支撐以下50 cm，施工第二道鋼管支撐。

1.4 深層水平位移監(jiān)測測點布設(shè)

根據(jù)基坑圍護實際情況，考慮基坑在開挖過程中坑底的變形情況，在基坑的圍護樁重點保護區(qū)域埋設(shè)圍護墻測斜孔 （內(nèi)徑75 mm ABS 測斜管），埋深與圍護樁同深。 ABS 測斜管在灌注圍護樁前，綁扎在鋼筋籠上，一同灌注。 接頭用自攻螺絲擰緊，并用膠布密封，管口加保護鋼管，以防損壞。 管內(nèi)有二組互為90°的導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽控制了測試方位，下管時使其一組導(dǎo)槽垂直于基坑圍護，另一組導(dǎo)槽平行于基坑圍護并保持測斜管豎直，如圖2 所示。

圖2 剖面測點布置圖

2 圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移模擬分析

對基坑開挖最深部位圍護樁內(nèi)力進行模擬分析，內(nèi)力計算方法采用增量法，支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級，重要性系數(shù)取1.10，基坑深度為15.0 m，灌注樁樁徑1.20 m，樁間距1.50 m，嵌固深度12.0 m，基坑周邊超載取20 kPa，地層參數(shù)及應(yīng)力數(shù)據(jù)表見表2～3。

表2 巖土參數(shù)

表3 應(yīng)力數(shù)據(jù)

采用模擬計算方法得出基坑側(cè)壁在開挖至0.5 m、7.5 m、12.0 m、15.0 m 時的水平位移及土壓力曲線，如圖3～6 所示。

3 圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測

采用CX-06B 測斜儀對圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移進行監(jiān)測， 監(jiān)測前測斜管已按規(guī)范要求進行布設(shè)，監(jiān)測時將測斜儀探頭置入測斜管底后，待探頭接近管內(nèi)溫度后， 自下而上以不大于0.5 m 的間隔逐段測量，每個監(jiān)測方向應(yīng)進行正、反兩次監(jiān)測[2]。計算公式：

式中：ΔXi——i 深度的累計位移 （計算結(jié)果精確至0.1 mm）；

Xi——i 深度的本次讀數(shù)/mm；

Xio——i 深度的初始讀數(shù)/mm；

Aj——儀器在0°方向的讀數(shù)；

Bj——儀器在180°方向的讀數(shù)；

C——探頭的標(biāo)定系數(shù)；

L——探頭的長度/mm；

αj——傾角。

對本次基坑開挖最深部位圍護樁的深層水平位移進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表4～5。

圖3 開挖至0.5 m 時基坑周圍的土壓力與位移曲線

圖4 開挖至7.5 m 時基坑周圍的土壓力與位移速率曲線

表4 ZCX-3 最大位移處

表5 YCX-3 最大位移處

由上表可知，在整個施工過程中圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移是趨于前傾型的，其原因在于圍護樁中下部位移在第二道鋼支撐沒有及時架設(shè)的情況下變得特別大，在鋼支撐架設(shè)后位移值下降的趨勢是特別明顯的。

4 圍護結(jié)構(gòu)水平位移模擬計算與實際監(jiān)測位移對比分析

將基坑開挖后的實際監(jiān)測值與模擬值進行比較分析得知：深層水平位移監(jiān)測結(jié)果與模擬計算結(jié)果所得出的深層水平位移變形曲線形態(tài)相似，但模擬計算值略小于實際監(jiān)測值，見圖7～8。

圖7 基坑開挖后ZCX-3 深層水平位移對比

圖8 基坑開挖后YCX-3深層水平位移對比

由圖7～8 對比發(fā)現(xiàn)模擬計算結(jié)果和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)大致吻合， 而較大的變形是在鋼支撐在無法及時架設(shè)的情況下出現(xiàn)。 由此可見，就基坑支護開挖的具體過程而言， 借助于模擬計算是能夠?qū)⑵涓鱾€施工工序予以超前掌握的。

有關(guān)在圍護結(jié)構(gòu)受力變形方面規(guī)律的探索，對于模擬結(jié)果的正確利用，能夠起到關(guān)鍵性作用。 這也說明三個方面的合理性：其一為本構(gòu)模型；其二為計算參數(shù)的選擇；其三為模型建立的具體過程。

5 結(jié)論

以福州市楊洪車行通道為例，借助理正軟件的應(yīng)用，建立了深基坑開挖全過程方面數(shù)值模型。 相關(guān)的研究結(jié)論如下：

（1）以同類地質(zhì)條件為根本前提，在第二道鋼支撐未及時架設(shè)的情況下，“大肚”曲線會隨圍護樁中下部位移變化較大而出現(xiàn)。 就基坑而言，其變形位置和最大水平位移分別位于圍護墻體中下部和基坑開挖的最深處。 樁體的變形要得到合理控制，就要有效控制支撐預(yù)加力、嚴(yán)禁超挖并及時架設(shè)鋼支撐。

（2）在基坑計算模型的建立中，依據(jù)摩爾-庫侖本構(gòu)關(guān)系作為基礎(chǔ)，能夠得出深基坑圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移變化的規(guī)律。 周圍土體在基坑開挖加深的情況下，會慢慢朝著基坑的中下部不斷地挪動和擠壓，在這種情況下，其變形量出現(xiàn)最大的態(tài)勢，內(nèi)支撐在中部位置的強化，使施工過程中圍護結(jié)構(gòu)底部及頂部變形減小。

（3）對比發(fā)現(xiàn)模擬計算結(jié)果和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)大致吻合，說明在計算模擬基坑開挖過程中周圍土體對圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的土壓力是合理的，借助于計算模擬，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測基坑開挖過程土壓力與圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移，對指導(dǎo)下一步基坑開挖施工時防護方案的修正具有重要的意義，對基坑開挖過程中合理安排施工計劃具有重要意義。