許 鋒， 鄧 川， 楊定強(qiáng)， 何圓圓

（1.中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308；2.四川省川建勘察設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610095）

膨脹巖具有吸水軟化、膨脹，失水崩解的特性。膨脹土具有遇水膨脹、失水收縮的反復(fù)脹縮特性；伴隨反復(fù)脹縮，土體中微裂隙發(fā)育，隨著地下水的流動(dòng)，土體加劇脹縮，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)整體破壞?；娱_(kāi)挖后，若側(cè)壁存在膨脹巖土，特別是雨季施工時(shí)，可能出現(xiàn)變形大、失穩(wěn)、支護(hù)體系失效、坍塌的風(fēng)險(xiǎn)；因此在膨脹性巖土中如何保證基坑安全，尤其是在雨季階段顯得更加重要。

樁體水平位移是圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形最直觀(guān)的表現(xiàn)形式之一，對(duì)基坑安全評(píng)價(jià)有著重要作用[1]。樁體水平位移監(jiān)測(cè)的實(shí)施、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及如何準(zhǔn)確判定基坑的安全狀態(tài)一直都是地鐵基坑安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2～3]。本文以成都地鐵某膨脹性巖土基坑工程為例，對(duì)樁體水平位移變形規(guī)律進(jìn)行研究，給出膨脹性巖土基坑變形較大時(shí)施工處置措施及監(jiān)測(cè)、設(shè)計(jì)單位注意事項(xiàng)。

1 工程概況

成都地鐵某車(chē)站基坑地層為膨脹性巖土，安全監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。車(chē)站長(zhǎng)363.2 m、標(biāo)準(zhǔn)段寬23.5 m、深21.7～28.26 m。鉆孔揭示車(chē)站范圍內(nèi)從上至下主要地層依次為第四系人工填土層，第四系中、下更新統(tǒng)冰水沉積層黏土、含黏土卵石和下伏白堊系上統(tǒng)灌口組泥巖，白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組泥巖、砂巖，白堊系下統(tǒng)天馬山組泥巖、砂巖。區(qū)段內(nèi)黏土為膨脹土，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)：自由膨脹率為42%～52%，膨脹力為48.7～71.2 kPa，膨脹率0.28%～0.42%，收縮系數(shù)0.33～0.44。區(qū)段內(nèi)下覆基巖為泥巖和砂巖，均屬于弱膨脹巖，據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)：自由膨脹率16.0%～28.0%；膨脹力5.1～56.0 kPa；飽和吸水率5.65%～8.03%。見(jiàn)圖1。

圖1 基坑結(jié)構(gòu)及地質(zhì)剖面

2 樁體水平位移監(jiān)測(cè)

2.1 測(cè)點(diǎn)目的及意義

對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁體進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)和巡視，為參建各方提供可靠的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及異常信息，通過(guò)一系列風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控及預(yù)警體系，對(duì)可能存在的險(xiǎn)情和隱患及時(shí)提醒、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，避免安全事故的發(fā)生[4]。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)為設(shè)計(jì)部門(mén)提供參考，驗(yàn)證和不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施方案，做到科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全的施工。

2.2 監(jiān)測(cè)方法及原理

采用精度為±2.0 mm/30 m 的CX-901F 滑動(dòng)式測(cè)斜儀對(duì)圍護(hù)樁內(nèi)預(yù)埋的測(cè)斜管進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沿垂直于基坑長(zhǎng)邊導(dǎo)槽方向從底部起每隔50 cm 采集一次數(shù)據(jù)，每個(gè)方向均應(yīng)進(jìn)行正反兩次測(cè)量。利用重垂器始終垂直指向地心的性質(zhì)，隨著基坑開(kāi)挖樁體發(fā)生水平位移，測(cè)斜儀探頭軸線(xiàn)與重錘器垂線(xiàn)的傾角也隨之改變，重垂器連動(dòng)著微型電位器，電位器的動(dòng)臂也隨之發(fā)生線(xiàn)性改變；因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得電位器的電阻值后，通過(guò)計(jì)算可知圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁體不同深度的位移變化值。

2.3 測(cè)點(diǎn)布設(shè)及保護(hù)

布設(shè)在基坑各邊中部、陽(yáng)角及其他特殊位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，與樁頂水平/豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于同一監(jiān)測(cè)斷面[5]。車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距為20～40 m。測(cè)斜管作為數(shù)據(jù)采集的通道，在預(yù)埋及監(jiān)測(cè)過(guò)程中要采取加裝保護(hù)內(nèi)外蓋、制作顯性保護(hù)裝置等措施，避免測(cè)點(diǎn)堵塞和破壞。見(jiàn)圖2。

圖2 樁體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置

2.4 初始值及監(jiān)測(cè)頻率

在基坑土方開(kāi)挖前，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)獨(dú)立3 次采集數(shù)據(jù)，取3 次穩(wěn)定數(shù)據(jù)的平均值為初始值[6]。監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及設(shè)計(jì)要求綜合確定，見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)頻率

2.5 控制值及預(yù)警機(jī)制

樁體水平位移監(jiān)測(cè)累計(jì)控制值為30 mm，變化速率控制值為3 mm/d。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)值達(dá)到控制指標(biāo)的2/3 且變化速率達(dá)到控制值時(shí)應(yīng)進(jìn)行黃色預(yù)警。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接近黃色預(yù)警值但不滿(mǎn)足黃色預(yù)警條件時(shí)可發(fā)送工作聯(lián)系單進(jìn)行提醒。

監(jiān)測(cè)工程師判斷有以下情況出現(xiàn)時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行黃色預(yù)警：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率未超過(guò)控制值但累計(jì)值達(dá)到預(yù)警值；鋼支撐架設(shè)滯后，軸力不滿(mǎn)足預(yù)加力要求；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變形、裂縫，周?chē)鷰r土體出現(xiàn)涌砂、涌土、坍塌、滲漏水等；其他危險(xiǎn)情況。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

外業(yè)采集的數(shù)據(jù)要通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行解算，計(jì)算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)深度的水平位移量、累積位移量等并繪制水平位移累計(jì)變化曲線(xiàn)。見(jiàn)圖3。

圖3 水平位移累計(jì)變化曲線(xiàn)

以測(cè)點(diǎn)CX13 為例，結(jié)合施工工況進(jìn)行綜合分析。見(jiàn)表2。

表2 CX13施工工況及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

分析表2可知：

1）隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，樁體水平位移逐漸增大；在開(kāi)挖面未到達(dá)膨脹土處時(shí)，變形量最大主要在開(kāi)挖面，變形原因主要為開(kāi)挖深度過(guò)大，現(xiàn)場(chǎng)未及時(shí)架設(shè)第二道鋼支撐；

2）開(kāi)挖面在膨脹巖土面以下時(shí)，最大變形量集中在11.0 m 處，此處為黏土卵石層與全風(fēng)化泥巖接觸面，因膨脹土在雨水及地表水的作用下發(fā)生膨脹導(dǎo)致基坑變形增大，隨著基坑開(kāi)挖，樁體單次最大變形量位置逐漸向下偏移，基坑底板澆筑完成后，基坑變形量趨于穩(wěn)定；

3）樁體水平位移監(jiān)測(cè)中，分析發(fā)現(xiàn)圍護(hù)樁底發(fā)生“踢腳”變形，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，“踢腳”變形越來(lái)越嚴(yán)重；樁體水平位移監(jiān)測(cè)以其頂部為起算點(diǎn)并結(jié)合樁頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，圍護(hù)樁底部最大位移值達(dá)15.0 mm。

3.2 鋼支撐軸力

對(duì)CX13 斷面鋼支撐軸力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：第一道鋼支撐安裝后，測(cè)點(diǎn)ZL1-6 鋼支撐軸力隨著基坑開(kāi)挖逐漸增大，在安裝第二道鋼支撐后變化趨于穩(wěn)定，最大值為702 kN；第二道鋼支撐安裝后，測(cè)點(diǎn)ZL2-6 軸力迅速增大，在安裝第三道鋼支撐后變化趨于穩(wěn)定，最大值為868.40 kN；在澆筑完底板、施作結(jié)構(gòu)后，ZL3-6軸力變化趨于穩(wěn)定。見(jiàn)圖4。

圖4 鋼支撐軸力變化曲線(xiàn)

基坑開(kāi)挖，鋼支撐軸力隨著樁體水平位移增大而逐漸增大，三道鋼支撐中第二道鋼支撐軸力最大，與基坑變形最大值位置一致。現(xiàn)場(chǎng)施工常因第二道鋼支撐架設(shè)不及時(shí)，導(dǎo)致第一道鋼支撐受力普遍偏大。

3.3 樁體水平位移

車(chē)站于2020 年6 月初進(jìn)行土方開(kāi)挖，2021 年8 月基坑封頂，施工經(jīng)歷一個(gè)雨季。對(duì)基坑樁體水平位移監(jiān)測(cè)孔深、變形最大值、變形最大值位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。見(jiàn)表3。

表3 樁體水平位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

分析表3可知：

1）車(chē)站26個(gè)樁體水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，有4個(gè)測(cè)點(diǎn)被破壞，6 個(gè)測(cè)點(diǎn)樁底不同程度堵塞，測(cè)斜管破壞率達(dá)15.4%、堵塞率達(dá)23.1%、合格率61.5%；

2）樁體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)22 個(gè)，根據(jù)預(yù)警機(jī)制，基坑發(fā)出工作聯(lián)系單22 份，發(fā)送黃色預(yù)警單17 份，100%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化值超過(guò)控制值2/3，77.3%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化值超過(guò)控制值；

3）樁體水平位移變形最小值21.68 mm；最大值74.15 mm，為控制值指標(biāo)的247%；平均值42.61 mm，為控制值指標(biāo)的142%；樁體水平位移變形最大值處于9.5～12.0 m，為黏土卵石層與全風(fēng)化泥巖接觸面。

4 處置措施及建議

4.1 施工處置措施

1）針對(duì)膨脹性地層特征，建議采用中間拉槽兩邊預(yù)留反壓土的基坑開(kāi)挖方式。基槽開(kāi)挖中，應(yīng)嚴(yán)格控制一次性開(kāi)挖長(zhǎng)度，盡量減小對(duì)坡腳土體擾動(dòng)；適當(dāng)減小開(kāi)挖長(zhǎng)度及深度，加快土方連續(xù)施工，控制超挖。

2）土方開(kāi)挖后立即架設(shè)鋼支撐，然后進(jìn)行噴錨作業(yè)，支撐軸力過(guò)大時(shí)宜架設(shè)并撐；鋼支撐加力時(shí)應(yīng)全覆蓋，嚴(yán)禁只關(guān)注有軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的鋼支撐，避免鋼支撐體系受力不均勻，導(dǎo)致基坑局部變形或失穩(wěn)；同時(shí)還要加強(qiáng)支撐變形失穩(wěn)、圍護(hù)樁變形過(guò)大發(fā)生破壞的風(fēng)險(xiǎn)防范措施。

3）對(duì)地面裂縫進(jìn)行灌漿處理，對(duì)開(kāi)挖的暴露面進(jìn)行封閉，同時(shí)做好地面截水及坑內(nèi)的引、抽、排水，減小水對(duì)基坑的影響[7]。

4.2 監(jiān)測(cè)建議

1）測(cè)點(diǎn)埋設(shè)：測(cè)斜管的埋設(shè)質(zhì)量是獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的前提，因此在測(cè)斜管預(yù)埋工作中，一定保證合格率，滿(mǎn)足基坑監(jiān)測(cè)對(duì)位置、深度的要求，必要時(shí)加密埋設(shè)，以提高合格率，避免因測(cè)斜管預(yù)埋不規(guī)范、合格率不高等問(wèn)題，給后續(xù)監(jiān)測(cè)工作留下隱患。

2）數(shù)據(jù)分析：測(cè)斜管深度不足或樁底發(fā)生“踢腳”變形時(shí)，應(yīng)通過(guò)樁頂水平位移數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；膨脹性土樁體水平位移變形較大，造成軸力普遍增大，因此在軸力監(jiān)測(cè)中應(yīng)適當(dāng)安裝大量程軸力計(jì)，避免實(shí)測(cè)軸力超出量程，造成鋼支撐軸力與樁體水平位移不能同步反映基坑變化情況，給數(shù)據(jù)分析造成困擾。

3）監(jiān)測(cè)預(yù)警：數(shù)據(jù)預(yù)警時(shí)應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，提高監(jiān)測(cè)頻率，必要時(shí)加密測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)原因分析、處置情況、突發(fā)情況等信息的報(bào)送，禁止瞞報(bào)、不報(bào)、謊報(bào)；同時(shí)加強(qiáng)對(duì)基坑周邊地表是否開(kāi)裂、基坑側(cè)壁噴錨面是否脫落、鋼支撐是否變形等內(nèi)容的巡視，做好巡視記錄。

4.3 設(shè)計(jì)建議

1）在現(xiàn)有預(yù)警機(jī)制下，樁體水平位移監(jiān)測(cè)預(yù)警頻繁，但基坑在實(shí)際施工過(guò)程中未曾出現(xiàn)險(xiǎn)情；建議設(shè)計(jì)單位根據(jù)膨脹性巖土的特性確定合理的預(yù)警控制值，做到科學(xué)預(yù)警，減少不必要的“假預(yù)警”[8]。

2）針對(duì)膨脹性地層樁體變形較大和出現(xiàn)“踢腳”變形的情況，為保證基坑結(jié)構(gòu)安全，建議適當(dāng)加長(zhǎng)樁體入巖深度或增大樁體直徑，降低風(fēng)險(xiǎn)。

3）在鋼支撐軸力控制值和預(yù)加軸力值確定時(shí)，應(yīng)充分考慮膨脹性地層的特性，可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)適當(dāng)增加預(yù)加軸力值，做到主動(dòng)加力，控制基坑變形。

5 結(jié)論

在膨脹巖土地鐵基坑施工過(guò)程中，樁體水平位移普遍較大，遠(yuǎn)超出30 mm 的控制值，最大值基本位于黏土卵石層與全風(fēng)化泥巖接觸面位置，與基坑軸力變化最大位置一致。圍護(hù)樁嵌入基坑底深度不足時(shí)，樁底極易出現(xiàn)“踢腳”變形，樁體水平位移監(jiān)測(cè)應(yīng)從樁頂起算，結(jié)合樁頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。針對(duì)膨脹土地質(zhì)特性，監(jiān)測(cè)單位應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)巡視，施工單位要提高對(duì)膨脹性巖土基坑不良地質(zhì)的認(rèn)識(shí)，規(guī)范施工工藝和操作流程、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)消除，確?；邮┕ぐ踩?。