超深地下連續墻試成槽的監測應用分析

劉立志，陳 華，徐 磊，何 鳳，李 科

(湖北省地質實驗研究所，湖北武漢 430034)

0 引言

隨著中國城市建設步伐的不斷加快，超高層、高層建筑物層出不窮，基坑工程也朝著高、大、深的方向發展，以解決日益緊張的空間利用問題。由于基坑工程往往處于繁華的鬧市區和交通要道處，地下管線密集，周邊建筑物林立，施工場地狹小，這對深基坑工程的設計和施工提出了更嚴格的要求:即要安全可靠，又要滿足對周邊環境控制的目的。在此背景下，地連墻技術應運而生。在工程應用中地連墻已被公認為是深基坑工程中最佳的擋土結構之一，它剛度大、整體性好，支護結構變形較小，且可作為地下室的結構外墻，即現今在超高層建筑物深基坑支護結構設計中常采用的“兩墻合一”的技術方法［1］。

任何一種基坑支護結構施工都會對周邊環境產生影響，比如周圍土體應力狀態發生改變，而產生位移［2］。地連墻施工作為以挖槽機械為工具的開挖灌漿式施工方法也不例外。但是現在關于這方面的資料較少，因此本論文將以武漢地區某工程為例，通過現場監測資料，研究分析地連墻施工期間對周邊環境以及深層地層的影響程度。

表1 場地地質情況概表Table 1 Geological condition of site

1 工程概況

武漢某工程地處商務核心區，臨江而建，建設區分為塔樓區和裙樓區，其中塔樓區建筑高度達606 m，規模位居全國前列，下設有六層地下車庫。該工程周邊場地空曠，無密集的建筑物，場地范圍內的主要地層為第四系全新統沖積成因的粘性土和砂土層，下伏基巖為志留系砂巖和泥巖。各地層地質情況如表1所示。

該工程基坑總面積約36 000 m2。裙樓區域開挖深度為23．75 m，塔樓區域開挖深度為27．85 m。該工程采用分區順作+中間設緩沖區后作的方案，基坑周邊采用“兩墻合一”地下連續墻作為基坑圍護體，地下連續墻既作為基坑開挖階段的擋土止水圍護體，同時作為地下室結構外墻。由于塔樓區辦公樓為巨型框架核心筒結構，建設高度位居全國前列，所以設計要求在塔樓正式施工之前應進行一幅非原位地下連續墻試成槽試驗，以研究和確定地下連續墻的成槽工藝、施工參數以及地連墻成槽施工對周邊環境以及深層地層的影響程度。塔樓內地連墻試成槽槽段厚度為1 200 mm，寬度為6 000 mm，設計要求地連墻墻底塔樓內需進入中風化細砂巖不少于1 m。

圖1 塔樓區試成槽地層分布及監測點布設圖Fig．1 Layout diagram of monitoring point and stratigraphic distribution

根據超前孔勘探資料，其進行試驗的地連墻地層情況如圖 1所示，從圖中看出，地連墻深度達到50．37 m，墻身大部分位于第4層細砂層中，該層厚度大，達28．7 m，且該層為承壓含水層。

2 監測內容及方法［3］

本次地連墻成槽施工對周邊環境監測內容包括地表沉降觀測、土體深層水平位移觀測、土體分層沉降觀測，各監測項目采用的監測方法如下所述。

2．1 地表沉降監測

沉降監測點固定好后，采用水準高程法進行觀測，水準路線應形成閉合和附合路線。沉降觀測的等級為二等，相鄰觀測點間的高差中誤差為±0．5 mm，觀測點的高程相對于起算點的高程中誤差為±1 mm。

2．2 土體深層水平位移監測

當地連墻周邊土體埋設了測斜管后，通過測斜儀觀測各深度處水平位移的方法。觀測時，使測斜儀處于工作狀態，將測頭導輪插入測斜管導槽內，緩慢放置管底，然后由管底自下而上沿導槽每隔0．5 m讀數一次，并按記錄鍵。測讀完畢后，將探頭旋轉180°插入同一導槽內，以上述方法再測一次，測點深度用第一次的。測讀完畢后，將探頭旋轉90°，按相同程序，測量同一測斜孔另一對導槽的讀數。觀測數據輸入計算機，利用測斜儀數據處理軟件計算成果。

2．3 土體分層沉降監測

讀數時采用分層沉降儀進行量測。磁環式分層標在試成槽開挖前埋設。土體分層豎向位移的初始值在埋設后量測。采用分層沉降儀量測時，每次測量應重復2次并取其平均值作為測量結果，2次讀數差≤1．5 mm，沉降儀的系統精度不宜低于1．5 mm。每次監測均應測定沉降管口高程的變化，然后換算出沉降管內各監測點的高程。

3 監測點布置

監測點布設范圍為地連墻20 m以內，共布置6個監測剖面，第1個剖面離外墻邊距離為1 m，其余各剖面間距分別為2 m、3 m、4 m、5 m、5 m。土體分層沉降點、土體深層水平位移監測點、地表沉降監測點點間距為1 m，具體平面布置圖如圖2所示。

在縱斷面上，監測點布置在地連墻的迎土面，測斜和分層沉降孔底位于第6層中風化細砂巖中，入巖深度≥1 m，分層沉降點剖面上布置11個監測斷面，基本按照地層分布進行，如圖1所示。

圖2 塔樓區試成槽監測點平面布置圖Fig．2 Plane arrangement chart of monitoring point in Tower building

4 監測頻率

監測工作自2011年8月10日開始至2011年8月23日結束。試成槽開挖前進行了2次初始值觀測，在8月16日下午3:00開挖至基巖面時，進行了1次觀測，在8月21日試成槽施工完畢后，連續進行了48 h觀測，觀測頻率為前24 h每3 h觀測一次，后24 h每6 h觀測一次。

5 監測數據及分析

5．1 周邊地表位移分析

當地連墻開挖槽段時，周圍土體由于塑性變形，從槽段外側向槽內側移動，因此地表產生沉降，這是沉降產生的主要原因。圖3為觀測期內周邊地表沉降曲線，現將地表沉降匯總如表2所示。

表2 周邊地表沉降匯總表Table 2 Collection table of peripheral ground settlement

圖3 觀測期內周邊地表沉降曲線圖Fig．3 Curve of peripheral ground settlement in observation period

通過對圖3地表沉降曲線的分析可以發現地連墻成槽后地表沉降的一般規律如下:①地表沉降最大沉降點為槽段邊緣處，沉降量整體趨勢為隨著離槽邊距離的增大而減小;②在對地表沉降點進行分析，地表沉降在距離槽邊20 m處，累計沉降量已經很小，為1．48 mm，說明地連墻施工對20 m以外的影響較小;③對沉降量隨時間變化的分析可得，成槽后3 h沉降變化明顯，其后趨于平緩，15 h后，基本無變化。

5．2 周邊深層土體分層沉降分析

通過監測地連墻周邊土體不同深度的沉降值，可以得到不同深度的沉降時程曲線，從而了解在地連墻施工期間對沉降的影響深度，以及地連墻開挖后，深層土體的沉降何時可以趨于穩定，為工程設計及沉降計算提供依據。如前所述，該工程在試驗槽段中部位置沿垂直于槽段的方向布置了6個土體分層沉降監測點，編號分別為F1—F6，水平間距為1～5 m，沉降磁環置于土層分界上，根據超前孔提供的勘察資料，埋設深度分別為自然地面以下3．78 m、7．68 m、11．48 m、13．68 m、17．68 m、23．78 m、29．88 m、35．33 m、40．78 m、45．38 m、48．78 m。監測結果如圖4～9所示。各觀測孔最大累計沉降量及其對應的測試深度如表3所示。

圖4 F1土體分層沉降時程曲線圖Fig．4 Curve of settlement of soil mass stratification of F1

圖5 F2土體分層沉降時程曲線圖Fig．5 Curve of settlement of soil mass stratification of F2

圖6 F3土體分層沉降時程曲線圖Fig．6 Curve of settlement of soil mass stratification of F3

圖8 F5土體分層沉降時程曲線圖Fig．8 Curve of settlement of soil mass stratification of F5

圖7 F4土體分層沉降時程曲線圖Fig．7 Curve of settlement of soil mass stratification of F4

圖9 F6土體分層沉降時程曲線圖Fig．9 Curve of settlement of soil mass stratification of F6

表3 各孔不同深度累計沉降最大量及其對應的深度Table 3 Cumulative settlement maximum and corresponding depth of holes

表4 各孔累計最大深層水平位移量及其對應的深度Table 4 Cumulative maximum deep horizontal displacement and corresponding depth of holes

分層沉降監測數據表明:

(1)在試成槽開挖過程中，各層土層均有沉降，其中F1號孔的23．78 m處的累計沉降量最大，為4．0 mm，成槽靜置48 h過程中，累計沉降量最大值亦為F1號孔的23．78 m處，為6．5 mm。該層為細砂承壓含水層，中低壓縮性，受外界擾動較大，說明地連墻施工時，對該層的沉降影響較大。

(2)整個監測過程中，每個孔每個測試斷面的沉降量隨著時間而增大，但沉降速率減小。各分層沉降累計沉降量隨著離槽壁邊的距離增大而減小，F6號孔最大累計沉降量僅為1．5 mm。

5．3 周邊土體深層水平位移分析

該工程在試驗槽段中部位置沿垂直于槽段的方向布置了6個土體深層水平位移監測點，編號分別為CX1－CX6，水平間距為1～5 m，地連墻開挖及靜置過程中，周邊土體深層水平位移如圖10～圖15所示，各觀測孔最大累計水平位移量及其對應的測試深度如表4所示。

圖10 CX1深層水平位移時程曲線圖Fig．10 Curve of deep horizontal displacement of CX1

圖11 CX2深層水平位移時程曲線圖Fig．11 Curve of deep horizontal displacement of CX2

圖12 CX3深層水平位移時程曲線圖Fig．12 Curve of deep horizontal displacement of CX3

圖13 CX4深層水平位移時程曲線圖Fig．13 Curve of deep horizontal displacement of CX4

圖14 CX5深層水平位移時程曲線圖Fig．14 Curve of deep horizontal displacement of CX5

圖15 CX6深層水平位移時程曲線圖Fig．15 Curve of deep horizontal displacement of CX6

根據各監測點深層水平位移監測結果可以得到如下規律:

(1)試成槽開挖過程中，各深層水平位移監測點的累積位移最大值為6．68 mm，位于CX1孔的6．5 m處。6個監測孔中除了CX2孔的最大位移位于36．5 m處外，其余5個孔的最大位移均位于地面以下5～8 m范圍內，說明地連墻開挖期間對淺部地層影響較大。

(2)成槽靜置48 h過程中，各深層水平位移監測點的最終累計位移量最大值為8．94 mm，位于CX1孔的37．5 m處。6個監測孔中除了CX6的最大位移位于地面以下10 m處外，其余5個孔的最大水平位移位于36～38 m處，說明隨著時間的推移，地下連續墻水平位移的最大值向下移動，在最后一個觀測時刻，基本位于墻底部以上10～15 m，該部分位于4層細砂夾粉質粘土中，土層抗剪強度較差，中低壓縮性，垂向上分布較多的粉質粘土夾層，該土層力學性質較差，且該層位于承壓含水層中，所以在地連墻施工中遇該層土時，應采取有效措施，避免在槽壁產生水土流失。

(3)如圖16所示，整個監測過程中，各監測孔的深層水平位移量隨著離槽壁邊的距離增大而減小，槽壁邊20 m處的CX6的最大累計位移量僅為2．35 mm。

圖16 各監測孔累計位移關系圖Fig．16 Cumulative displacement diagram of monitoring boreholes

6 結語

該工程在超深地連墻槽段開挖及成槽靜置過程中，地表沉降、土體分層沉降量、土體深層水平位移量變化量較小，對周邊環境影響范圍較小，垂向上對第4層細砂層的影響較大，所以在今后地連墻施工至該層時，應特別注意，需采取有效措施，防止槽壁產生水土流失。

目前超深地連墻已廣泛應用于港灣、地鐵、房建等大型深基坑工程，地連墻施工期間對周邊環境的影響已越來越引起重視，通過地連墻試成槽施工時的監測試驗研究，可以在正式施工前了解對周邊環境的影響程度和范圍，為后續施工提供參考數據，具有重要的指導意義。

［1］ 岳建勇，周春.超高層建筑地下主體結構與深基坑支護結構相結合的設計和實踐［J］．巖土工程學報，2006(28):1 552－1 555.

［2］ 高彥斌，吳曉峰.地下連續墻施工對臨近建筑物沉降的影響［J］.地下空間，2003，2(23):115 －118.

［3］ GB50497—2009，建筑基坑工程監測技術規范［S］.