工程的基坑圍護及監測

周 燕 上海鐵路軌道交通開發有限公司

上海鐵路局經營管理培訓中心"于2009年5-9月進行地下工程施工，該項目位于徐匯區零陵路、小木橋路口，鄰近地鐵四號線大木橋路站，為一棟沿零陵路南北向建造的綜合辦公樓。項目占地面積1800 m2，建筑面積5684 m2。該建筑結構為地上6層，地下1層。地下室結構形式為框架＋剪力墻結構，基坑挖深4.85 m。

1 場地工程地質及水文地質條件

擬建場地地勢平坦，地下土層參數見表1。其雜填土，層底埋深1.5 m；粉質粘土，層底埋深3.0 m；淤泥質粉質粘土，層底埋深7.5 m；淤泥質粘土，層底埋深14 m；

表1 開挖土層主要參數表

2 基坑圍護支撐結構

本項目基坑原設計為三級基坑，但綜合考慮周邊環境條件，主要是軌道4號線上行線距基坑邊線在2倍基坑深度左右，所以最終決定提高基坑等級為二級，即地面最大沉降量＜0.2%H，圍護墻最大水平位移＜0.3%H，抗隆起安全系數＞2.0。根據此設計要求，該項目地下室采用SMW工法樁圍護（Φ650三軸攪拌樁內插 H500×200×10×16 型鋼） 以及大剛度鋼筋混凝土圈梁加Φ609×16鋼管支撐的總體方案。經驗算該結構土體最大位移d=9.6mm,最大彎矩Mmax=122.9kN·m＜409.2（H500×200×10×16 型鋼的最大抗彎值），完全滿足了結構變形和穩定要求，同時確保了地下室開挖施工產生的土體位移不至于影響地鐵的正常運行及周邊道路、建筑物及各種地下管線的正常使用。

2.1 基坑降水

本工程地下水位約為-0.5 m，土體含水量較大，結合實際情況，于基坑開挖前14天采用4套輕型井點降水，考慮降水曲線至基坑底以下1 m左右。

2.2 止水結構

止水結構采用三軸攪拌樁入土深度9.5 m，擊穿高滲透性粉質粘土層和中滲透性粉質粘土層并插入其下微滲透性淤泥質粘土層不小于1.5 m內，形成可靠的止水帷幕。原設計圖紙規定水泥摻入量為20%，水灰比設計為1.5-2.0，后經實際修正水灰比為1.842，這樣既保證了攪拌樁的強度，對型鋼的插入又有利，在確保水泥土和型鋼有良好的握箍力的前提下，創造了便利的型鋼拔回條件。

2.3 擋土結構

本工程南側、東側采用H500×200×10×16型鋼擋土，型鋼間距為0.9 m，長9.0 m，插入比1.30。北側、西側臨近五層混凝土結構建筑處采用 H500×200×10×16 型鋼擋土，型鋼間距為0.9 m，長10.0 m，插入比1.56。

2.4 支撐系統

支撐系統采用鋼支撐，并施加一定的預應力以控制圍護結構的位移。支撐系統中心標高設為自然地坪下-0.75 m，鋼筋混凝土圈梁斷面為1100×500。支撐采用Φ609×16鋼管，支撐平面形式為6根間距8.1 m的對撐加4根角撐，另設H500×200型鋼連桿加強其穩定性。

2.5 基坑開挖

基坑開挖分為3個階段：第一階段自然地坪自南向北挖土至標高-1.0 m處，澆筑圈梁，隨后在-0.75 m處加鋼支撐并對鋼支撐施加750 kN預應力；第二階段在圈梁達到80%設計強度，攪拌樁達到0.8 MPa強度后，開始機械開挖支撐以下的土方至坑底標高以上30 cm處，隨后再人工開挖至坑底設計標高-4.85 m；第三階段局部挖土至標高-5.85 m。

3 監測點的布設及監測目的

為盡可能減少基坑開挖對基坑圍護結構及周邊環境（特別是地鐵）造成的不利影響，及時掌握情況以確保施工安全，該項目在整個施工中實施信息化監測施工，監測內容主要包括基坑邊坡深層土體變形監測、鄰近建筑物、地下管線的沉降監測、支撐軸力監測和地鐵結構變形監測等四部分。

3.1 基坑開挖前的現場情況調查

由于建筑物周邊十分接近規劃紅線（距離2.3 m-5.4 m），周邊地下管線最近距離5.1 m，同時項目北側緊鄰一假日酒店（距離8.0 m-12.3 m），尤其是該項目南側基坑開挖線距地鐵4號線上行線距離僅為8.8 m，屬地鐵監護范圍內，而地鐵隧道應開挖施工引起的位移要求小于2 cm，如何確保基坑周邊原有建筑物、地下管線，尤其是地鐵的安全就成為了施工關鍵。

3.2 基坑邊坡土體及圍護結構表面的位移監測

基坑開挖卸載形成臨空面，邊坡土體有向基坑內滑動趨勢，直接威脅基坑及周邊環境的安全，為了及時了解和掌握基坑邊坡深層土體的位移變形和圍護結構的變形與安全情況，我們在基坑周邊布置土體位移監測孔6個，孔深14.0 m，在支護結構表面布置26個監測點。

3.3 鄰近建筑的沉降變化監測和地下管線的變形觀測

基坑開挖后坑壁的水土流失及降水均可能導致鄰近建筑物出現不均勻沉降，為了保證鄰近建筑物的安全，在周邊建筑物上設置沉降觀測點14個，水、電、煤氣管線沉降觀測點26個。另地鐵公司在地鐵上、下行線隧道內各設置21個監測點以監測地鐵隧道的水平位移、垂直沉降變化。

3.4 支撐軸力監測

鋼筋計布置2組，安裝在鋼支撐的端部，用配套的軸力計安裝架固定，測量儀器采用FLJ-40型振弦式反力計。

4 監測成果分析及評價

(1)根據監測數據，我們發現在基坑開挖過程中，支護結構邊坡土體的水平位移各斜孔最大的水平位移及水平位移速率全部出現在基坑開挖最后一層，以C4號孔為例，從其典型深度與位移曲線上（如圖1）可以看出，基坑開挖初期，水平位移值s變化不大(α為位移曲線與鉛垂線夾角)，基坑挖至基底標高時，水平位移變化相對較大，隨著基坑底板的澆筑，水平位移逐漸趨于穩定，變化速率也相應遞減，水平位移變化速率最大為3.16mm/d。

圖1 基坑深度與位移曲線

(2)基坑支護結構表面的水平位移矢量方向均指向基坑內，水平位移較大地段為基坑北邊中段、基坑南邊中段。從觀測數據看，基坑周邊支護結構表面的累積水平位移值在2.0-15 mm之間，未對周邊環境產生大的影響。

基坑支護結構表面的沉降變化規律與水平位移不同，沉降量相對水平位移滯后。在整個基坑施工期間，基坑邊坡累計沉降值在3.2-10.7 mm之間。

(3)周邊建筑物及地下管線沉降

北側假日酒店通過監測，其傾斜率約為1.5/2000，與開挖前測試的結果相差不大，沉降值在0-3.0 mm之間變化,處于正常范圍內，說明基坑開挖引起的不均衡沉降較小。

(4)鄰近的地鐵隧道變形總體不大，其沉降最大值為2.65 mm,水平位移最大值為1.7 mm,均小于地鐵公司的報警值（沉降 10 mm,水平 20 mm），屬允許范圍內，但趨勢是前期上升下沉，后期上抬至高峰點再逐漸恢復（如圖2），這是由于前期基坑上部周邊土體側移而后期應淺層土體側移較大而形成應力釋放，促使隧道上抬。地下工程完成后，地鐵隧道將逐漸恢復常態。

(5)基坑周邊的煤氣、上水、信息等管線位移情況正常，最大沉降值為＋2.4 mm，最小位移值為0 mm。

(6)在土方開挖到一定深度（約3 m）時，基坑附近的地表觀察到許多平行于基坑的裂縫，此時土體深層水平位移值并未報警，說明階段土體變形還在容許范圍內，但要隨時觀測并采取相應措施 ：

①及時用水泥漿將裂紋灌密實，以免地表水滲入造成土體更大位移。

②基坑周邊嚴格控制施工荷載，嚴禁超載，并不得擾動土體。

圖2 基坑開挖時位移值

5 總結與體會

5.1 圍護結構形式的選擇、比較

該項目選用SMW工法作為圍護結構主要基于以下幾點考慮：

（1）項目基坑深度在SMW工法適用范圍（最大深度14 m）內，同時由于項目兩條建筑紅線緊鄰道路，施工作業面較小，而SMW工法在作業面上具有相當優勢,其中心線離建筑物的墻面80 cm即可施工,這是其他工法所無法比擬的。

（2）SMW工法構造簡單,施工速度快,可大幅縮短工期。根據本工程實踐,每臺攪拌機每晝夜可施工基坑周長在10 m～15 m左右。另外，SMW工法用于圍護墻體,其成本約為地下連續墻結構的70%,若考慮型鋼回收則可以降到50%，在現有圍護結構中造價是最低的。

（3）因SMW工法圍護結構與主體結構分離，主體結構側墻可以施工外防水，與地下連續墻相比結構整體性和防水性能均較好，并能降低后期運營維護成本。

5.2 基坑監測的體會

基坑監測工作既是檢驗基坑設計的正確性和發展基坑支護技術的重要手段,又是及時指導正確施工避免事故發生的必要措施。從本次深基坑開挖監測的實施和監測結果綜合分析,主要體會如下：

（1）對于場地地質條件和環境復雜的深基坑開挖,進行基坑開挖環境監測是十分必要的。

（2）基坑開挖監測工作必須與施工方、設計方、監理方、建設方相互配合,方能取得好的效果。各觀測點需施工方的有效保護,才能保證監測資料的連續性、完整性和正確性。

（3）分層開挖,分層施工,及時排水,嚴禁超挖,及時反饋監測信息,是基坑開挖安全的重要保障。

（4）關于監測預警問題,應綜合分析,并考慮其發展趨勢,不能孤立片面的分析。

6 結束語

"上海鐵路局經營管理培訓中心"項目經過縝密設計并結合現場地質勘察狀況，采用了適宜的圍護支撐結構，同時在施工中持續跟蹤監測支護結構的變形情況，最終確保了地下工程安全、優質地順利完成。