不同基坑開挖組織方式對深基坑變形的影響

余海兵

（騰達建設集團股份有限公司,上海市 200122）

不同基坑開挖組織方式對深基坑變形的影響

余海兵

（騰達建設集團股份有限公司,上海市 200122）

在軟土基坑工程中,時空效應對基坑變形有著重要的影響,如何優化基坑開挖的施工組織,利用時空效應為基坑服務是基坑工程的重要課題。兩個基本相同的基坑由于采用了不同的基坑開挖組織方式而使得基坑變形差異較大,從時空效應的角度分析了基坑無支撐暴露時間和有支撐暴露時間對變形的影響,為后續開挖施工組織提供經驗。

基坑無支撐暴露開挖組織

0 引言

在基坑工程中影響變形的因素很多,其中基坑的無支撐暴露時間和有支撐暴露時間是影響基坑變形的重要因素。所謂無支撐暴露時間是指基坑側墻從土體開挖到支撐安裝到位的時間,在這個過程中圍護體的側向變形主要取決于土體的彈性變形和由于時間增加導致的土體流變變形,是基坑開挖變形控制的基礎。有支撐暴露時間是指從支撐架設完成到拆除的時間,在這個過程中雖然圍護體有支撐,但是在溫度、土體流變等因素作用下圍護土體的變形仍在發生,直至結構回筑完成。兩者時間越長變形越大,是時空效應在軟土基坑中的重要體現,而決定兩者的關鍵因素則是基坑的開挖組織方式。本文以上海市東西通道（浦東段）拓建工程兩個基本相同的基坑工程為例,分析不同基坑開挖組織方式對基坑變形的影響。

兩個基坑基坑長度分別為46 m和47.67 m,基坑寬度為24 m,開挖深度10～12 m,采用1 000型鋼水泥土攪拌墻+900套打樁圍護結構,支撐系統為混凝土支撐+2道609鋼管支撐,其中1#基坑（見圖1）在基坑南側設置7.2 m施工便道板作為挖土通道。2#基坑（見圖3）未設置施工便道板。

1 有棧橋基坑開挖組織及變形分析

1.1 1#基坑土方開挖工況

1#基坑因施工場地狹小在基坑南側設置7.2 m施工便道板作為挖土通道。采用0.6 m3長臂挖掘機在基坑中部取土,長臂挖掘機挖不到的位置用2臺0.4 m3小型液壓挖掘機翻挖,喂給長臂挖掘機,開挖工況如圖1所示。

圖1 1#基坑土方開挖工況圖

1.2 1#基坑土方開挖卸荷引起的變形

1.2.1 第二層土方開挖

第二層土方共計3 033 m3,由PD14往PD13方向分成6塊開挖。長臂挖機斗為0.6 m3,每小時出土65 m3,每天用時8 h完成1塊土方約500 m3的開挖。用時6 d完成第二層土方開挖,由于開挖深度淺且第一道為混凝土支撐,因此圍護測斜變形很小。

1.2.2 第三層土方開挖

第三層土方共計3 275 m3,由PD14往PD13方向分成4塊開挖。每天用時12 h完成1塊土方約800 m3的開挖。開挖PD14節段用時2 d,PD14測斜點由于卸荷引起的變形量為4.8 mm；開挖PD13節段用時2 d,PD13測斜點由于卸荷引起的變形量為4.6 mm。

1.2.3 第四層土方開挖

第四層土方共計3 393 m3,由PD13往PD14方向收底,每小時出土60 m3,每天開挖14 h。開挖PD13節段用時2 d,PD13測斜點由于卸荷引起的變形量為6.4 mm；PD13墊層澆筑后,用時2 d開挖PD14節段,PD14測斜點由于卸荷引起的變形量為4.4 mm。隨著墊層的澆筑,測斜數據趨于穩定。

由于卸荷引起的基坑變形量,PD13累計為11.0 mm,PD14累計為9.2 mm。

1.3 1#基坑由于時間效應引起的變形

1#基坑土方開挖共用時14 d,第二層土方開挖雖然用時6 d,但是開挖深度淺且第一道為混凝土支撐,因此變形很小。第三層土方由于時間效應引起的變形,PD13在2 d時間內的變形量為1.2 mm, PD14在2 d時間內的變形量為3.8 mm。第四層土方由于時間效應引起的變形,PD13在3 d時間內的變形量為2.0 mm,PD14在3 d時間內的變形量為2.9 mm。

由于時間效應引起的基坑變形量,PD13累計為3.2 mm,PD14累計為6.7 mm。

1#基坑累計變形選取一個截面對比數據如圖2所示。

圖2 1#基坑土方開挖測斜數據

2 無棧橋基坑開挖組織及變形分析

2.1 2#基坑土方開挖工況

2#基坑因施工場地狹小,在保證南北兩側一來一去地面交通的情況下,南側無施工場地,北側有約8 m寬范圍可做施工通道,因此挖土作業均由長臂挖掘機在北側通道進行。因基坑寬度達到24 m,長臂挖掘機作業半徑有限,只能采用2臺0.4 m3小型液壓挖掘機二次翻挖,喂給長臂挖掘機。土方開挖工況如圖3所示。

圖3 2#基坑土方開挖工況圖

2.2 2#基坑土方開挖卸荷引起的變形

2.2.1 第二層土方開挖

第二層土方共計3 864 m3,由DY26往DY25方向分成6塊開挖。長臂挖機斗為0.6 m3,每小時出土70 m3,每天用時9 h完成1塊土方約640 m3的開挖。用時6 d完成第二層土方開挖,由于開挖深度淺且第一道為混凝土支撐,因此圍護測斜變形很小。

2.2.2 第三層土方開挖

第三層土方共計3 864 m3,由DY26往DY25方向開挖。當開挖至格構柱位置,發現格構柱鉆孔樁混凝土澆筑過高,土方開挖到位后,需鑿除格構柱混凝土才能焊接鋼支撐中間連續梁,進而完成鋼支撐架設,為縮短基坑在無支撐情況下的暴露時間,每天用時7 h開挖土方約430 m3,剩下的時間用于支撐安裝。這樣完成DY26節段用時5 d, DY26測斜點由于卸荷引起的變形為10.0 mm。開挖DY25節段用時4 d,DY25測斜點由于卸荷引起的變形為9.0 mm。

2.2.3 第四層土方開挖

第四層土方共計2 970 m3,由DY26往DY25方向收底,但是南側土方需2臺小型挖掘機二次翻挖,所以每小時出土量僅為50 m3。每天用時10 h開挖約500 m3,完成DY26節段用時3d,DY26由于卸荷引起的變形量為9.3 mm。DY26墊層澆筑后,用時3 d開挖DY25節段,DY25由于卸荷引起的變形量為7.9 mm。隨著墊層的澆筑,測斜數據趨于穩定。

由于卸荷引起的基坑變形量,DY25累計為16.9 mm,DY26累計為19.3 mm。

2.3 2#基坑由于時間效應引起的變形

2#基坑土方開挖共用時21 d,第二層土方開挖雖然用時6 d,但是開挖深度淺且第一道為混凝土支撐,因此變形很小。第三層土方由于時間效應引起的變形,DY25在5 d時間內的變形量為6.4 mm。DY26在4 d時間內的變形量為4.2 mm。第四層土方由于時間效應引起的變形,DY25在3 d時間內的變形量為5.5 mm,DY26在3 d時間內的變形量為2.9 mm。

由于時間效應引起的基坑變形量,DY25累計為11.9 mm,DY26累計為7.1 mm。

2#基坑累計變形選取一個截面對比數據如圖4所示。

3 變形數據對比分析

3.1 #、2#基坑數據對比分析

1#基坑完成挖土用時15 d,2#基坑完成挖土用時21 d,2#基坑開挖用時比1#基坑多6 d。從開挖到墊層完成澆筑產生最大測斜變形,1#基坑PD14為15.9 mm,2#基坑DY25為28.8 mm。測斜數據對比如圖5所示。

圖4 2#基坑土方開挖測斜數據

圖5 1#基坑與2#基坑測斜數據對比圖

從對比圖表及挖土工況可以看出:

（1）2#基坑開挖時間明顯比1#基坑長。由于2#基坑沒有設置棧橋板,挖土均在北側進行,特別是第三、四層土,長臂挖機能挖到的范圍有限,全由底下2臺小挖機翻挖,南側土方需翻挖2～3次才能翻到北邊,工效很低,引起基坑無支撐暴露時間增長。

（2）由于底下2臺小挖機無法滿足長臂挖機的裝土速度,往往長臂挖機存在超挖現象。

（3）2#基坑測斜數據在開挖至15 d時,測斜數據與1#基坑數據基本相同。但隨著基坑暴露時間增長,測斜數據繼續增大,直到墊層混凝土澆筑完成變形數據趨于穩定。在墊層澆筑完成前,基坑變形基本與基坑暴露時間成正比。

（4）基坑在有支撐暴露時間的變形量明顯少于無支撐暴露時間的變形量。但只有完成墊層澆筑才能穩定基坑變形。

4 結語

通過兩個基坑開挖的時空效應對比分析,結果表明在墊層澆筑完成前,基坑變形基本與基坑暴露時間成正比,而無支撐暴露產生的變形明顯大于有支撐情況。因此要優化施工組織安排,加強對每天土方開挖量、鋼支撐架設時間控制,嚴禁超挖。密切關注每天變形監測報表反映的基坑變形情況,驗證現階段施工安排的合理性。在基坑寬度較大,但施工場地受限只能單側挖土時,可以考慮在基坑一側增加蓋板,來作為挖土通道,縮短挖土路徑,進而縮短挖土時間。

在上海這種軟土地區進行深基坑施工,其開挖勢必會引起土體應力變化,從而對周邊土體產生沉降和位移,進而影響周邊管線、建構筑物的安全。事實證明基坑開挖時充分利用“時空效應”作用,在基坑開挖過程中,分層、分段挖土,并做到隨挖隨撐,減少基坑暴露時間,可明顯控制基坑圍護位移,以減少對周邊環境的影響。

[1]鄭剛,焦瑩,李竹.軟土地區深基坑工程存在的變形與穩定問題及其控制——基坑變形的控制指標及控制值的若干問題[J].施工技術,2011,40（8）:13-19.

[2]徐中華,王衛東.深基坑變形控制指標研究[J].地下空間與工程學報,2010,6（3）:619-626.

[3]馮云.上海市東西通道（浦東段）拓建工程——東方路站至源深路站地下道路2標圍護結構施工圖[R].上海:上海市隧道工程軌道交通設計研究院,2009.

廣西桂林市龍門大橋通車 創下當地橋梁史6個之最

歷時約兩年半,桂林市民終于盼來了龍門大橋新建工程的通車。

龍門大橋主線道路全長1 712.645 m,其中主橋長236 m,引橋長484 m,主橋斷面寬38.5 m。大橋東起高新七星區鐵山工業園黃桐路,向西跨越漓江,與在建的萬福東路相接,并最終與已使用的萬福路相通,形成貫穿桂林城市東西,連接臨桂新區與高新七星區的重要交通干線。

龍門大橋于2014年12月16日開工建設,是漓江市區段第七座公路橋,為三跨預應力V腿加腹拱連續梁橋。除了龍門大橋,這樣的橋型目前全國僅有一座。它的建成實現了桂林橋梁史上橋梁長度最長、連續梁結構橋梁跨徑最大、橋梁通航高度最高、建設投資最大、鋼筋混凝土用量最大及樁基最多等6個之最。

TU4

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1009-7716（2017）07-0167-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.050

2016-07-04

余海兵（1983-）,男,浙江臺州人,項目經理,從事市政工程建設工作。