異形基坑開挖期間SMW工法支護監(jiān)測分析

□文/趙夢晨 童剛強

異形基坑開挖期間SMW工法支護監(jiān)測分析

□文/趙夢晨 童剛強

某地鐵車站風道及出入口合建基坑為異形深基坑，開挖過程中發(fā)生了較大變形。結(jié)合現(xiàn)場施工工況，對不同階段樁體水平位移、樁頂豎向位移及周邊地表沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，結(jié)果表明異形基坑除了具有一般基坑的變形規(guī)律外，還具有其獨特性，對于異形基坑的支護設(shè)計應(yīng)采取一些針對性的措施。

異形基坑；SMW工法樁；變形；監(jiān)測

地鐵車站常修建在城市中心區(qū)域，周邊建（構(gòu)）筑物較多[1]，場地受到限制，只能采用形狀不規(guī)則的異形基坑[2]。對于深大的異形基坑工程，其內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計難度更是高于一般的長條形地鐵基坑[3]；同時地鐵出入口及風道一般都在車站主體施工完成后進行施工，靠近車站主體一側(cè)不便于支撐架設(shè)，給出入口及風道基坑支護帶來了很大麻煩。為掌握這類基坑的變形規(guī)律，給設(shè)計提供有力的參考，對基坑進行監(jiān)測分析是很有必要的。

1　工程概況

1.1基坑支護

某地鐵車站風道及出入口合建基坑為異形深基坑，基坑西側(cè)為已施工完成地鐵車站主體結(jié)構(gòu)，東側(cè)長邊68.2 m，南北兩側(cè)短邊長15.5～26.0 m，基坑開挖深度9.8m，采用明挖法施工。圍護結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁，樁徑φ850 mm，間距600 mm，水泥土攪拌樁內(nèi)插型鋼（隔一插一），其間距1.2 m，基坑內(nèi)支撐采用兩道φ600 mm×16mm鋼管撐。

1.2地質(zhì)情況

本場地地層有第四系全新統(tǒng)人工填土層、第I陸相層、第I海相層及第II陸相層，巖性主要為粘性土、粉土及粉砂。基坑底部位于45淤泥質(zhì)粘土層,局部位于41，42粉質(zhì)粘土層，工程性質(zhì)較差。

賦存于第II陸相層及以下粉砂及粉土的地下水具有微承壓性，為微承壓水。微承壓水以第II陸相層61粉質(zhì)粘土為隔水頂板。62粉土、64粉砂、72粉土、92粉土、94粉砂、95細砂、99粉砂為主要含水地層，含水層厚度較大，分布相對穩(wěn)定。

2　監(jiān)測方案

基坑周邊無重要建筑物及管線，主要風險源在基坑本身，因此基坑自身安全將作為本次監(jiān)測的重點。監(jiān)測項目包括地表沉降、地下水位、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、樁體水平位移以及支撐軸力等。基坑開挖過程中，部分監(jiān)測數(shù)據(jù)超出了控制值，將這部分數(shù)據(jù)作為本次分析的重點，見圖1。

圖1　基坑平面及部分監(jiān)測點布置

3　監(jiān)測結(jié)果分析

3.1土方開挖主要施工工況

工況一開始開挖第一道支撐下方土體；工況二土方開挖至第二道支撐位置；工況三北側(cè)基坑開挖至基底（隨挖隨支第二道支撐）；工況四北側(cè)墊層施工完成；工況五南側(cè)基坑開挖至基底（隨挖隨支第二道支撐）；工況六南側(cè)墊層施工完成。

3.2樁體水平位移

該基坑樁體水平位移共設(shè)置了9個測斜孔，其中CX3、CX6在施工過程中被破壞。監(jiān)測結(jié)果表明監(jiān)測點CX7最大水平位移達到了+58.75 mm，超過了設(shè)計控制值（±50mm，+表示向基坑內(nèi)側(cè)）見圖2-圖5。

圖2　測斜CX7不同深度水平位移時程曲線

圖3　CX7不同時間樁體水平位移

圖4　CX1不同時間樁體水平位移

圖5　部分樁體最終變形

從圖2和圖3可以看出，CX7在11月15日—11月18日和12月1日—12月4日兩個階段樁體發(fā)生了明顯的變形，特別是土方挖至基底時，樁體水平位移單日變化量達到了+28.09 mm/d，說明生位移的主要原因是基坑內(nèi)土體挖走后，鋼支撐架設(shè)不及時造成的。此基坑在土方開挖過程中采用隨挖隨支，從挖土完畢至鋼支撐架設(shè)并施加預(yù)加軸力，中間時間間隔太長，樁體水平位移無法得到及時抑制，導(dǎo)致樁體變形發(fā)展完全。

CX1最大位移發(fā)生在-4.5 m處，接近基坑深度1/2的位置，而在樁體-6 m處，樁體向土體內(nèi)側(cè)凹進，主要是由于第二道鋼支撐對樁體的約束作用造成的，符合在有支撐情況下樁體變形的一般規(guī)律。CX7在挖至第二道支撐位置并架設(shè)第二道支撐后，由于受到支撐的約束，在-6m處向土體內(nèi)側(cè)凹進，但隨著土體的不斷卸載，樁體位移不斷加大，最終形成“鼓肚”，最大位移發(fā)生在-7 m的位置，基本和第二道支撐位置（-6.7 m）重合，說明第二道鋼支撐對樁體的約束作用越來越小。對比圖3和圖4，隨著土方不斷開挖至基坑底部，CX7變形在不斷擴大，而CX1在土方挖至基坑底部之前變形是向基坑內(nèi)側(cè)，當挖至基坑底部時樁體變形轉(zhuǎn)向基坑外側(cè)，變形量遠小于CX7。

從圖5可以看出，基坑?xùn)|側(cè)長邊的樁體變形遠大于南北兩側(cè)短邊的樁體變形，綜合分析說明基坑平面異形，鋼支撐兩端受到的土壓力不平衡，同根支撐與鋼圍檁的夾角不同，支撐軸力對土壓力大的長邊一側(cè)貢獻反而更小，造成了基坑兩側(cè)變形不一致。當土體挖至第二道支撐位置（-6.7 m）處，由于兩側(cè)土壓力都不大，鋼支撐尚能發(fā)揮作用，隨著土方挖至基坑底部，這種不平衡越來越明顯，圍護結(jié)構(gòu)有向短邊一側(cè)移動的趨勢。

3.3地表沉降監(jiān)測分析

該基坑外地表沉降共布置了9組監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面5個監(jiān)測點，選取每組監(jiān)測斷面中沉降（隆起）最大的點進行分析，見圖6。

圖6　地表沉降/隆起時程曲線

從圖6可以看出，地表監(jiān)測點DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7、DBC8累計沉降值分別達到了-57.13、-71.07、-59.10、-67.60、-84.67、-80.47 mm，均超過了報警值（-30/+10 mm）。由表1可知DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7、DBC8單日沉降速率也超過了報警值，最大值發(fā)生在土方開挖至基底時，隨著鋼支撐架設(shè)完畢后地表沉降慢慢趨于穩(wěn)定。說明基坑內(nèi)側(cè)土體卸載，造成樁體向基坑內(nèi)側(cè)移動是坑外地表沉降的主要原因。

表2　地表沉/隆速率最大值

3.4樁頂豎向位移

該基坑共布設(shè)了9個樁頂豎向位移監(jiān)測點，選取部分數(shù)據(jù)進行分析，見圖7。

圖7　樁頂豎向位移時程曲線

從圖7可以看出，樁體基本都是隆起的，累計值都在預(yù)警范圍以內(nèi)，但單日變化量ZQC7達到了+4.35 mm，超過了預(yù)警值（±4mm，+表隆起），對應(yīng)時間點為12月2日。從整個時程曲線來看，樁體豎向位移發(fā)生明顯變化的主要集中在基坑土方開挖期間，說明基坑內(nèi)土體卸載，坑底土體隆起使圍護樁也隨之上浮。

4　結(jié)論及建議

施工監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，部分基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)超過了監(jiān)測控制值，特別是在土方開挖至基坑底部時，樁體水平位移變化明顯，地表沉降急劇增加，基坑處于非常危險狀態(tài)。

1）土體卸載引起樁體水平位移擴大，支撐架設(shè)后樁體水平位移得到了一定的抑制。因此，合理安排施工步序，及時安裝鋼支撐并施加軸力對控制基坑變形是非常有利的。建議施工過程中盡量做到先撐后挖，禁止超挖。

2）該異形基坑支護全部采用斜撐，鋼支撐與長邊圍檁夾角較小，基坑長邊和短邊樁體水平位移和地表沉降差異明顯，基坑圍護結(jié)構(gòu)整體有向短邊移動的趨勢。說明基坑兩邊土壓力不平衡，支撐軸力對基坑兩邊貢獻不均對基坑的變形有很大的影響。因此，建議在基坑長邊采用型鋼密插或加大型鋼尺寸以增加型鋼的剛度并適當加大樁體的插入比。

[1]陳禹，高超，李竹，等.某地鐵車站基坑施工監(jiān)測[J].建筑科學(xué)，2012，（S1）：242-245．

[2]謝秀棟，張林，何宗儒.異形基坑施工變形特性分析[J].長春工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，14（4）：23-26.

[3]劉潤，閆玥，閆澍旺.支撐位置對基坑整體穩(wěn)定性的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25（1）：174-178．

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.023

□童剛強/天津市地下鐵道集團有限公司。

□TU433

□C

□1008-3197（2015）02-62-03

□2014-12-04

□趙夢晨/男，1974年出生，高級工程師，碩士，天津市地下鐵道集團有限公司，從事地鐵工程技術(shù)與管理工作。