水泥土重力式擋墻在基坑圍護(hù)中的變形特性研究

李俊俊

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023；武漢市漢陽(yáng)區(qū)建筑管理站，湖北 武漢 430050)

汪中林，程成,肖桃李

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

水泥土重力式擋墻在基坑圍護(hù)中的變形特性研究

李俊俊

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023；武漢市漢陽(yáng)區(qū)建筑管理站，湖北 武漢 430050)

汪中林，程成,肖桃李

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

重力式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是以自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，是目前國(guó)內(nèi)比較常見的一種支護(hù)形式。為研究水泥土重力式擋墻在基坑圍護(hù)中的變形特性，針對(duì)湖北某水泥土重力式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑工程，通過現(xiàn)場(chǎng)取土樣進(jìn)行室內(nèi)研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。重點(diǎn)分析基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移及地表沉降的變化情況，探討基坑變形規(guī)律。結(jié)果表明，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)預(yù)警值內(nèi)；重力式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)臨近建筑物及道路沉降具有良好的控制作用；室內(nèi)試驗(yàn)研究能為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可為基坑開挖提供參考與指導(dǎo)，有效保證基坑施工安全。該研究結(jié)果可為類似基坑工程提供參考與指導(dǎo)。

基坑工程；重力式擋墻；監(jiān)測(cè)；變形

近年來，基坑工程的規(guī)模不斷擴(kuò)大、開挖不斷加深、施工空間更加狹窄，基坑開挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求越來越高，既要保證施工的安全進(jìn)行，又要保證周邊環(huán)境不受損害，所以要求對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形動(dòng)態(tài)及時(shí)掌握，提前預(yù)測(cè)，做好防范準(zhǔn)備，才能確保工程的順利進(jìn)行。要掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，就必須在土方開挖過程中通過基坑監(jiān)測(cè)來實(shí)施。鄭越、杜婭妮等[1，2]通過沉降觀測(cè)、位移監(jiān)測(cè)、錨桿拉力監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)，反映周邊建筑物及其配套設(shè)施在整個(gè)區(qū)域內(nèi)變形的情況，為安全施工提供重要參數(shù)；劉港[3]介紹了監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置、采樣頻率及時(shí)間、監(jiān)測(cè)警戒值、監(jiān)測(cè)實(shí)施方案、工程措施建議等相關(guān)內(nèi)容，論證了工程項(xiàng)目施工前的巖土工程監(jiān)測(cè)分析的必要性；丁智、王曉強(qiáng)等[4，5]通過對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移、鋼支撐軸力、地表沉降和地下水位等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了一些有價(jià)值的結(jié)論與監(jiān)測(cè)建議。李四維[6]以北京地區(qū)某地鐵深基坑工程為研究對(duì)象，根據(jù)施工過程的監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析該基坑在開挖過程中圍護(hù)樁體和樁頂?shù)奈灰啤撝屋S力及基坑周圍土體地表沉降的變化；蘇建鋒[7]以天津某深基坑工程為背景，對(duì)基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了基坑的樁體深層水平位移、立柱豎向位移及地下水位的變化情況；顧剛[8]在珠海某工程基坑開挖過程中，通過測(cè)斜數(shù)據(jù)出現(xiàn)報(bào)警，反映基坑頂部不斷向內(nèi)收縮，并指出鋼支撐預(yù)加力不足是導(dǎo)致地下連續(xù)墻水平位移的關(guān)鍵因素，針對(duì)該具體問題提出了處理措施。由于各地區(qū)各種土質(zhì)條件及環(huán)境因素不同，諸多學(xué)者對(duì)不同類型的深基坑進(jìn)行了研究。就目前而言，關(guān)于湖北地區(qū)深基坑監(jiān)測(cè)研究較少。為此，筆者針對(duì)湖北某深基坑工程，運(yùn)用基坑監(jiān)測(cè)的手段，對(duì)重力式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究。

1 工程概況和地質(zhì)條件

圖1 基坑環(huán)境位置圖

該工程項(xiàng)目由一棟19層、3層和5層連體還遷樓及整體地下室組成，總建筑面積約為12191m2，地下室面積3850m2。正負(fù)零設(shè)計(jì)標(biāo)高為32.8m，自然地面標(biāo)高為32.2m?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)采用水泥土重力式擋墻，開挖深度為5.7～6.4m。

基坑南側(cè)開挖邊線距離地下管網(wǎng)線僅6.5m；北側(cè)為8層天然地基居民樓，最近處距基坑內(nèi)壁線僅8.3m；基坑?xùn)|側(cè)為3棟廢棄2層磚房，西側(cè)北段為某酒店3層砼房、南段為酒店4層砼房，最近距基坑內(nèi)壁線約10m，周邊環(huán)境情況如圖1所示。

基坑側(cè)壁土層填土結(jié)構(gòu)松散、坑壁有粉砂顆粒，易受地下水影響形成流土，從而影響坑壁穩(wěn)定性。場(chǎng)地地下水類型主要為上層滯水及承壓水，上層滯水靜止水位深度在地表下約0.5～1m，孔隙承壓水靜止水位深度約為4.5m。

2 室內(nèi)試驗(yàn)研究

根據(jù)該工程勘察報(bào)告，基坑開挖深度范圍內(nèi)土層主要為雜填土、粉質(zhì)粘土夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉砂夾粘性土。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土進(jìn)行取樣，在室內(nèi)做成70.7×70.7×70.7標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 水泥土試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)定值

通過對(duì)不同土質(zhì)水泥土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，水泥土試塊最佳水泥摻量為20%，且在一定齡期范圍內(nèi)其強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)逐漸增大。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，該工程深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選取水泥土重力式擋墻結(jié)構(gòu)，理論上能夠有效的控制深基坑的變形及周邊環(huán)境的穩(wěn)定。

3 施工監(jiān)測(cè)及信息反饋

為保證本基坑在開挖施工期間的正常有效運(yùn)營(yíng)，確保周邊交通要道的安全使用以及周邊建(構(gòu))筑物的安全，加強(qiáng)基坑施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，掌握基坑支護(hù)動(dòng)態(tài)、了解支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用效果顯得尤為重要。為確保基坑施工的順利進(jìn)行，在基坑開挖期間進(jìn)行了圍護(hù)墻頂水平位移和豎向位移、圍護(hù)墻身深層水平位移、周邊建筑物豎向位移及臨近道路豎向位移等監(jiān)測(cè)工作。

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移及豎向位移

2015年7月15日在支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部布設(shè)共13個(gè)水平及豎向位移共同觀測(cè)點(diǎn)，7月22日取得水平及豎向位移觀測(cè)點(diǎn)初始值。在2015年7月22日至2015年9月20日期間共進(jìn)行了25次水平及豎向位移的測(cè)量，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2和圖3所示。在觀測(cè)期間，圍護(hù)墻頂最大水平位移位于基坑?xùn)|側(cè)中部S8號(hào)點(diǎn)，因?yàn)樵谕练介_挖過程中，采用的是非對(duì)稱開挖，先進(jìn)行基坑北側(cè)開挖，再進(jìn)行南側(cè)開挖，導(dǎo)致水土壓力不平衡，位移較大。但基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖階段作用效果較好，所有觀測(cè)點(diǎn)水平位移及豎向位移變化速率、累計(jì)位移量均未超過預(yù)警值，基坑安全。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移 圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部豎向位移

3.2 深層水平位移

表2 深層水平位移統(tǒng)計(jì)

基坑開挖過程中，在支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)水土壓力共同作用下，圍護(hù)墻體發(fā)生側(cè)向變形，影響基坑工程的安全施工。通過對(duì)埋設(shè)在支護(hù)墻體中的測(cè)斜管進(jìn)行深層水平位移監(jiān)測(cè)，了解隨基坑開挖深度的增大，支護(hù)墻體在不同深度水平位移變化情況，由此判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)作用效果，為進(jìn)一步施工提供參考和指導(dǎo)。該基坑共埋設(shè)6根測(cè)斜管，編號(hào)為CX1～CX6，在基坑開挖至土方回填階段，共計(jì)監(jiān)測(cè)30次，期間圍護(hù)墻體水平位移最大值及所在位置如表2所示。

從表2中可以看出，圍護(hù)墻體均向基坑內(nèi)側(cè)發(fā)生位移，最大位移約15mm，其中CX1和CX6最大位移均位于圍護(hù)墻頂部附近，其他4根測(cè)斜管變形最大位置均位于圍護(hù)墻頂下約一半開挖深度的位置。根據(jù)6根測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果繪制出樁體變形隨開挖深度變化的曲線，選取了具有代表性的 CX1(基坑西側(cè)中部)和CX5(基坑?xùn)|側(cè)中部) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)曲線進(jìn)行分析，如圖4和圖5所示。

圖4 CX1深層水平位移 圖5 CX5深層水平位移

通過與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目樁頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)樁體水平位移最大累計(jì)變形量與樁頂水平位移變形值基本一致。從圖4和圖5可以看出，CX1和CX5處樁體均表現(xiàn)出樁頂水平位移較大，但CX1處樁體樁頂變形位置基本位于開挖深度之上，而CX5處樁樁頂變形最大，自樁頂至樁底附近均有表現(xiàn)；CX1和CX5處樁體水平位移趨勢(shì)均隨著開挖深度的增加而不斷增大。而其他4根測(cè)斜管整體變形較小，表明該段支護(hù)結(jié)構(gòu)作用效果較好。

3.3 周邊建筑物及道路沉降

為確保基坑周邊地上地下各項(xiàng)設(shè)施的有效運(yùn)轉(zhuǎn)和安全使用，對(duì)基坑周邊建筑物及道路有必要進(jìn)行沉降觀測(cè)。該項(xiàng)目沉降觀測(cè)共計(jì)布設(shè)70個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在基坑開挖階段70個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降較小，沉降變化速率及累計(jì)沉降量均未超過預(yù)警值，表明在開挖過程中周邊建筑物及道路安全，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作用效果較好。

4 結(jié)論

針對(duì)某復(fù)雜環(huán)境下的深基坑工程，通過巖土工程勘察及現(xiàn)場(chǎng)取樣研究，選取水泥土重力式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，在土方開挖施工過程中結(jié)合基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)，動(dòng)態(tài)掌握基坑變形規(guī)律，得到以下結(jié)論：

1)整個(gè)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，圍護(hù)墻體頂部水平位移和豎向位移、圍護(hù)墻體深層水平位移、周邊建筑物與道路沉降均在可控范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于監(jiān)測(cè)報(bào)警值和控制值，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)與施工的合理性。

2)對(duì)于周邊環(huán)境復(fù)雜、開挖深度不深的基坑，采取重力式擋墻的支護(hù)形式，對(duì)周邊建筑物及道路沉降具有很好的保障作用。

3)在土方開挖過程中，采用非對(duì)稱開挖的方式，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)位于開挖交界處的支護(hù)結(jié)構(gòu)部位，并加強(qiáng)該部位的監(jiān)測(cè)頻率。

4)通過現(xiàn)場(chǎng)取土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，可為深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

[1]杜婭妮.某商業(yè)樓深基坑工程監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析[J].施工技術(shù),2016(13):59，63～66.

[2]劉港.廣州軌道交通7號(hào)線一期工程基坑監(jiān)測(cè)分析[J].施工技術(shù),2014(S2):5～9.

[3]鄭越, 段紅志.地下基坑及周邊建筑監(jiān)測(cè)實(shí)例分析[J].測(cè)繪通報(bào),2014(S2):77～81.

[4]丁智,王達(dá),虞興福,等.杭州地鐵新塘路、景芳路交叉口工程深基坑監(jiān)測(cè)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2013(S2):445～451.

[5]王曉強(qiáng), 張東曉.某地鐵深基坑監(jiān)測(cè)實(shí)例分析[J].四川建筑科學(xué)研究,2013(4):149～151.

[6]李四維, 高華東, 楊鐵燈.深基坑開挖現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2011(S1):291～298.

[7]蘇建鋒, 張東濤.天津某深基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)例分析[J].施工技術(shù),2015(S2):128～130.

[8]顧剛, 牛犇.珠海某基坑施工監(jiān)測(cè)結(jié)果分析及處理措施[J].施工技術(shù),2016(21):103～106.

[編輯] 計(jì)飛翔

2016-11-10

湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015CFB667)；湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(Q20141307)。

李俊俊(1989-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事建設(shè)工程質(zhì)量管理方面的研究工作。

汪中林(1991-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事地下工程方面的研究工作，504612798@qq.com。

TU470

A

1673-1409(2017)01-0067-04

[引著格式]李俊俊,汪中林，程成,等.水泥土重力式擋墻在基坑圍護(hù)中的變形特性研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017,14(1)：67～70.