砂卵石地層樁撐支護(hù)體系明挖基坑施工變形規(guī)律分析研究

劉繼梅

（泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100070）

砂卵石地層樁撐支護(hù)體系明挖基坑施工變形規(guī)律分析研究

劉繼梅*

（泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100070）

隨著城市人口的不斷增多，城市向外擴(kuò)張的速度越來(lái)越快，居民住房及市政設(shè)施建設(shè)的需求也越來(lái)越多。在城市居民住房及市政設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，城市居民住房及市政設(shè)施建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境的變形規(guī)律要求日趨嚴(yán)格。城市居民住房及市政設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響的階段主要為地基基礎(chǔ)施工階段，其中尤以基坑開(kāi)挖階段的影響最大。本文通過(guò)對(duì)砂卵石地層樁撐支護(hù)體系明挖基坑施工過(guò)程中，基坑主體結(jié)構(gòu)自身及周邊環(huán)境變形規(guī)律的分析研究，得出其變形規(guī)律，找出變形原因，提出變形控制要素，為后續(xù)相似工程施工過(guò)程中，基坑及周邊環(huán)境變形規(guī)律控制提供一定的技術(shù)指導(dǎo)依據(jù)。

砂卵石地層；樁撐支護(hù)；明挖基坑；變形規(guī)律；分析

1　概述

隨著城市人口的不斷擴(kuò)張，城市工民建及市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來(lái)越多。在城市建設(shè)過(guò)程中，工程自身及其附帶的影響也隨之增多。近期全國(guó)范圍內(nèi)，由于工程建設(shè)帶來(lái)的各類(lèi)問(wèn)題層出不窮，造成了人員生命財(cái)產(chǎn)的損失，也給社會(huì)帶來(lái)了一些負(fù)面影響。

我國(guó)城市建設(shè)已經(jīng)持續(xù)了近60年，城市建設(shè)過(guò)程中，基本都能在保證安全的前提下順利完工，這得益于無(wú)數(shù)前輩的辛勤汗水和經(jīng)驗(yàn)，作為新一輩城市建設(shè)者，我們需要繼承前輩善于總結(jié)的良好習(xí)慣，發(fā)揚(yáng)前輩勤于分析的優(yōu)良風(fēng)格。不斷開(kāi)拓進(jìn)取，為我國(guó)城市建設(shè)的順利進(jìn)行增磚添瓦。

本文通過(guò)對(duì)砂卵石地層樁撐支護(hù)體系明挖基坑施工過(guò)程中，基坑結(jié)構(gòu)自身及基坑周邊環(huán)境的變形規(guī)律進(jìn)行分析總結(jié)，得出基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑自身結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的相互影響規(guī)律，提出相應(yīng)控制要點(diǎn)，為此后類(lèi)似工程施工參數(shù)控制提供一定的參考依據(jù)。

2　工程概況

2.1工程概況

本工程為地鐵工程明挖車(chē)站，地下兩層，自西向東布設(shè)。車(chē)站總長(zhǎng)為228.8m，高為16.4m。車(chē)站頂部覆土約3.2～3.95m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開(kāi)挖深度約為20.55m。

2.2工程地質(zhì)概況

本工程位于永定河沖洪積扇中下部，第四系沉積主要以河流沉積而成，場(chǎng)地地形較為平坦。地層土質(zhì)分布情況分述如下：雜填土層①1、卵石填土①2、粉細(xì)砂②3、中粗砂②4、圓礫②5、卵石⑤、卵石⑦層及粉細(xì)砂⑦2層；結(jié)構(gòu)底板位于卵石⑦層。該工程勘察40.0m深度范圍內(nèi)，實(shí)際量測(cè)一層地下水，為潛水（二）。含水層主要為卵石⑦層、粉細(xì)砂⑦2層，透水性好，水位埋深21.35～22.30m。本層地下水分布連續(xù)，滲透系數(shù)大，為強(qiáng)透水層。地下水層位于結(jié)構(gòu)底板以下。

2.3明挖基坑施工步驟

（1）基坑開(kāi)挖深度達(dá)20m左右，深度較深，屬Ⅰ類(lèi)深基坑，基坑開(kāi)挖應(yīng)謹(jǐn)遵從上至下、分段分層的原則。

（2）施工過(guò)程中，首先進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，打設(shè)圍護(hù)樁，并施作樁頂冠梁。

（3）開(kāi)挖過(guò)程中，分層分段開(kāi)挖，自西向東放坡、拉槽開(kāi)挖，邊開(kāi)挖邊進(jìn)行樁間網(wǎng)噴混凝土施工，施工過(guò)程中注意對(duì)樁間土保護(hù)，以保證圍護(hù)樁體的穩(wěn)定。

（4）土方開(kāi)挖完成后，及時(shí)進(jìn)行鋼腰梁及鋼支撐的架設(shè)，施工過(guò)程中角撐部位注意及時(shí)施作抗剪凳，避免鋼圍檁滑動(dòng)，造成支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)掉落，施工時(shí)及時(shí)施作支撐結(jié)構(gòu)，以保證基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（5）施工過(guò)程中，結(jié)合施工步序及階段及時(shí)對(duì)周邊環(huán)境及基坑自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取措施，保證基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（6）自下而上進(jìn)行二襯結(jié)構(gòu)施工，施工過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼支撐及鋼圍檁的拆除工作，避免因過(guò)早拆除支撐帶來(lái)的基坑變形過(guò)大或失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)。

（7）待基坑頂板二襯結(jié)構(gòu)及防水完成后，進(jìn)行基坑回填，恢復(fù)路面。

3　監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)基坑周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情況，在其周邊設(shè)置道路地表及管線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)；基坑四周布設(shè)2排測(cè)點(diǎn)，第1排距坑邊3m，第2排距坑邊5m，點(diǎn)距10m。基坑結(jié)構(gòu)自身設(shè)置樁頂水平位移、樁體變形及支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。樁頂水平位移測(cè)點(diǎn)在基坑長(zhǎng)邊布設(shè)3組，分別設(shè)在基坑長(zhǎng)邊的中點(diǎn)，支撐點(diǎn)及2道水平支撐的跨中部位，間距30m，樁體變形及支撐軸力與樁頂水平位移測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)布設(shè)，支撐軸力每組布設(shè)3道監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖1。

圖1　監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4　道路地表及管線沉降統(tǒng)計(jì)分析

4.1基坑周邊測(cè)點(diǎn)沉降統(tǒng)計(jì)

待基坑二襯結(jié)構(gòu)完成，周邊測(cè)點(diǎn)沉降穩(wěn)定后，統(tǒng)計(jì)了基坑周邊65個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基坑周邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值一般位于1～-18mm，平均沉降約-8.4mm，其中約3%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值超出《地鐵工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DB11/490-2007）中要求的-30mm的控制標(biāo)準(zhǔn)［5］，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降范圍分布圖見(jiàn)圖2所示。

圖2　監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值分布圖

基坑主測(cè)斷面沉降槽曲線參見(jiàn)圖3。

圖3　基坑主測(cè)斷面沉降槽曲線圖

圖4　主測(cè)斷面部位測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線圖

4.2基坑周邊測(cè)點(diǎn)沉降規(guī)律分析

由圖2～圖4測(cè)點(diǎn)變形值統(tǒng)計(jì)及沉降規(guī)律分析可知：

（1）砂卵石地層明挖基坑施工完成后，其周邊測(cè)點(diǎn)沉降值大部分位于1～-18mm之間，平均沉降為-8.4mm，個(gè)別測(cè)點(diǎn)超過(guò)控制值，占統(tǒng)計(jì)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的3%，砂卵石地層樁撐支護(hù)體系明挖基坑施工期間，對(duì)周邊地表沉降影響較小。

（2）砂卵石地層明挖基坑施工期間，對(duì)周邊環(huán)境影響范圍約20m，與基坑深度基本一致，呈45°角分布。測(cè)點(diǎn)的沉降值隨其距離基坑的距離增加逐漸減小，呈現(xiàn)出一定的沉降槽特征。

（3）明挖基坑施工過(guò)程為分層分步拉槽開(kāi)挖，開(kāi)挖至中下部時(shí)，對(duì)基坑周邊擾動(dòng)較大，造成該部位施工過(guò)程中，周邊測(cè)點(diǎn)沉降速率較大，比例較大。

（4）砂卵石地層明挖基坑施工期間，其周邊地表沉降主要發(fā)生在基坑開(kāi)挖期間，基坑結(jié)構(gòu)施工期間其沉降值變化不大。

5　基坑結(jié)構(gòu)自身變形規(guī)律統(tǒng)計(jì)及分析

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑自身結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)與周邊地表沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)合對(duì)應(yīng)布設(shè)，基坑自身變形監(jiān)測(cè)涉及項(xiàng)目為：樁頂水平位移、樁體變形及支撐軸力等。通過(guò)基坑自身及周邊地表沉降變形規(guī)律的結(jié)合，可有效分析基坑在開(kāi)挖過(guò)程中受力及變形規(guī)律，保證基坑結(jié)構(gòu)的安全。

5.1基坑樁頂及樁體變形規(guī)律分析

基坑開(kāi)挖期間，受成環(huán)冠梁約束影響，樁頂水平位移變形值較小，本工程樁頂水平位移變化值約為4mm；施工過(guò)程中，樁體變形值隨著基坑開(kāi)挖的影響呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，在鋼支撐部位受支撐軸力的影響出現(xiàn)一突變，體現(xiàn)出支撐軸力對(duì)基坑自身變形的控制作用。典型樁體變形測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)圖如圖5所示。

圖5　基坑開(kāi)挖過(guò)程樁體變形曲線圖

由圖5可知，基坑施工過(guò)程中，隨著開(kāi)挖深度的不斷增加，圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)逐漸向基坑內(nèi)傾斜，最大變形部位位于基坑二三道撐直間，最大變形值為10mm。在鋼支撐架設(shè)前，基本呈現(xiàn)冠梁部位大，圍護(hù)樁根部小的趨勢(shì)。隨著開(kāi)挖深度的增加，基坑鋼支撐結(jié)構(gòu)不斷增設(shè)，圍護(hù)樁變形呈現(xiàn)出中間部位大，兩端小的趨勢(shì)，且在鋼支撐部位出現(xiàn)變形突變情況，體現(xiàn)出了鋼支撐結(jié)構(gòu)對(duì)基坑支護(hù)體系穩(wěn)定性的有效作用。

5.2基坑支撐軸力變形規(guī)律分析

基坑開(kāi)挖期間，根據(jù)基坑開(kāi)挖進(jìn)度，需安裝鋼圍檁及鋼支撐，鋼支撐安裝時(shí)，需對(duì)其施加軸力，以抵抗基坑圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)變形。基坑同一斷面三道軸力監(jiān)測(cè)變形值如圖6所示。

圖6　基坑同一斷面支撐軸力值曲線圖

圖6中，隨著基坑施工及鋼支撐架設(shè)、拆除工作的進(jìn)行，第一道撐監(jiān)測(cè)周期最長(zhǎng)，第二道撐其次，第三道撐監(jiān)測(cè)周期最短。各道軸力監(jiān)測(cè)呈現(xiàn)的規(guī)律分析如下：

（1）軸力施加完成后，監(jiān)測(cè)過(guò)程中，呈現(xiàn)出先減小后增大的過(guò)程，最后趨于穩(wěn)定，分析其原因?yàn)椋狠S力施加完成后，鋼支撐及鋼圍檁與圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)直接空隙等相互磨合消散，損失一部分軸力，隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)發(fā)生向基坑內(nèi)部的變形，造成鋼支撐軸力增大，鋼支撐軸力與基坑圍護(hù)樁承受側(cè)向土壓力之間達(dá)到平衡后，基坑變形趨于穩(wěn)定；

（2）第一道撐承受軸力最大，分析其原因?yàn)椋夯幼冃芜^(guò)程中，如不施加任何約束，基坑頂部結(jié)構(gòu)為變形最大區(qū)域，承受彎矩較大，施加鋼支撐及軸力后，頂部受到約束，圍護(hù)樁向基坑內(nèi)部變形在與支撐軸力達(dá)到平衡的過(guò)程中，使鋼支撐軸力受影響較大。

6　結(jié)論

本文中，基坑周邊地表沉降、樁體變形及支撐軸力監(jiān)測(cè)值選取部位位于同一斷面，由上述分析可知：

（1）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，地表沉降速率增大、樁體變形加劇及支撐軸力速率增大發(fā)生時(shí)間基本一致，該時(shí)間段基坑進(jìn)行中下部土方開(kāi)挖。

（2）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)周邊地表沉降影響較小，造成地表的平均沉降值約-8.4mm，沉降主要發(fā)生在基坑進(jìn)行中部及下部土體開(kāi)挖過(guò)程中。

（3）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑自身樁體變形值隨開(kāi)挖的進(jìn)行逐漸增大，最大值處為10mm，主要發(fā)生在基坑中下部土體開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖該部位過(guò)程中，應(yīng)保證鋼支撐架設(shè)的及時(shí)性及支撐軸力架設(shè)及時(shí)性，在樁體變形最大值處存在變形突變，體現(xiàn)出鋼支撐軸力對(duì)基坑圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)變形的有效控制。

（4）基坑施工過(guò)程中，受?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)變形影響，支撐軸力增加較大，主要表現(xiàn)為支撐第一道、第二道撐軸力變化較大，第三道撐距離基坑底板較近，軸力變化相對(duì)較小。

（5）本文通過(guò)總結(jié)分析砂卵石地層明挖基坑施工期間周邊測(cè)點(diǎn)沉降及基坑自身結(jié)構(gòu)變形規(guī)律分析和研究，為后續(xù)相似砂卵石地層明挖基坑開(kāi)挖工程中控制要點(diǎn)及關(guān)鍵工序，提出了相應(yīng)的參考依據(jù)。

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A

1004-5716（2016）03-0022-04

2015-03-17

2015-03-21

劉繼梅（1985-），女（漢族），山西靈丘人，助理工程師，現(xiàn)從事工民建勘察工作。