軟土地基深基坑支護(hù)施工監(jiān)測技術(shù)分析

張 志 剛

(通號建設(shè)集團(tuán)有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410000)

0 引言

軟土[1]是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱。它是靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用形成的。軟土在我國濱海平原、三角洲、湖盆地周圍、山間谷地等均有分布，昆明滇池地區(qū)有厚度達(dá)數(shù)米到數(shù)十米的淤泥及淤泥質(zhì)土。

深基坑開挖及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工影響因素甚多，具有極大的難度[2]。因管理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因，深基坑作業(yè)中發(fā)生較多的安全事故并造成相應(yīng)的人員傷亡和財產(chǎn)損失。既延誤了工期，又產(chǎn)生不良的的社會影響，如何既保證基坑支護(hù)、監(jiān)測安全、可靠又經(jīng)濟(jì)合理，成為當(dāng)前基坑開挖與圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的熱門研究課題。

1 工程概況

昆明滇池草海北某基坑工程(見圖1)，鉆孔深度在1 886.00～1 890.00之間。地處第四系湖積相、沼澤相松散堆積層為主，淺部分布有人工填土及沖洪積粘性土等。擬建場地大致為：人工雜填土層(Qml)、第四系沖洪積(Qal+pl)粘土層、第四系湖沼積(Ql+h)泥炭質(zhì)土、粘土、粉土層，共13層(6大層7亞層)。

2 軟土地基深基坑支護(hù)體系

2.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型分析評價

基坑側(cè)壁安全等級為二級，基坑坑壁不能自穩(wěn)，需采取措施進(jìn)行基坑支護(hù)。結(jié)合基坑形態(tài)(挖深約12 m)、場地土層情況(軟弱土為主)、水文地質(zhì)情況、基坑周邊情況并參考場地附近基坑[3](主要是西部城·國際商部基坑)進(jìn)行分析，適宜采取的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有深層攪拌+放坡或深層攪拌+排樁。

1)深層攪拌+放坡。

當(dāng)周邊有足夠的空間進(jìn)行放坡時，可采用深層攪拌(截水、加固)+放坡支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)。由于場地土以軟弱土為主，基坑邊坡高寬比較小，外圍需有較大的放坡空間。

2)深層攪拌+排樁。

當(dāng)外圍空間不能達(dá)到放坡穩(wěn)定時，可采用深層攪拌(截水、加固)+排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)[4]。排樁樁型可選用(長螺旋)鉆孔灌注樁或混凝土預(yù)制樁。

3)支護(hù)結(jié)構(gòu)分析比較。

方案一(深層攪拌+放坡)較為經(jīng)濟(jì)，并可結(jié)合周邊地塊基坑考慮，但相對的風(fēng)險也較大，工期較長，且由于場地地層復(fù)雜，土性軟弱，設(shè)計、施工及檢測均需投入足夠的力量，精心設(shè)計、施工，密切注意基坑變化。方案二(深層攪拌+排樁)費(fèi)用較高，但施工迅速、工期較短。

2.2 基坑支護(hù)設(shè)計方案

本工程基坑深度為8.0 m～12.0 m。基坑支護(hù)采用有限放坡樁錨支護(hù)體系。現(xiàn)對A1-1基坑的支護(hù)設(shè)計做簡單描述如下：

1)基坑地面標(biāo)高-2.5m以上鋼花管錨桿編網(wǎng)護(hù)面。

基坑上部2.5 m采用1∶1放坡開挖。邊坡修整后鋪設(shè)φ6.5@200雙向鋼筋網(wǎng)，面層噴射80 mm～100 mm左右的C20混凝土，配合比為水泥∶砂∶石≈1∶2∶2；坡頂四周做1 500 mm寬散水；散水外設(shè)置截水溝及安全護(hù)欄。土釘墻下預(yù)留2.5 m寬的平臺。

2)基坑-2.5 m以下采用“強(qiáng)樁弱錨”支護(hù)體系。

樁徑800 mm，樁間距1 200 mm，樁長20.0 m～28.0 m，設(shè)三道錨索，錨索間距2 400 mm，錨索長度16.0 m～36.0 m。錨索孔徑200 mm，錨索材料為2根～4根7φ5鋼絞線。

3)設(shè)計要求。

錨索必須經(jīng)過試驗后再進(jìn)行大面積施工。

2.3 基坑止水、降水、排水設(shè)計方案

1)基坑止水采用落底式帷幕樁止水，帷幕樁采用長螺旋水泥土置換樁，置換材料采用石粉、粘土與水泥的拌合物，初步設(shè)計配比為水泥∶粘土∶石粉=4∶4∶2，具體配比根據(jù)施工試驗確定。帷幕樁與護(hù)坡樁套攪，帷幕樁樁徑600 mm，樁長17.5 m，套攪帷幕樁間距1 200 mm。

同時在鐵路側(cè)第一道止水帷幕外再增加一排長螺旋水泥土置換樁形成的止水帷幕，在止水的同時對支護(hù)土體進(jìn)行局部加強(qiáng)，樁徑600 mm，樁長17.5 m，間距400 mm。

由于止水帷幕的形成地下水位比較高、含水層比較厚，基坑面積比較大，在基坑周邊形成止水帷幕的情況下，單純依靠明排方式無法滿足土方及樁基施工的需要，特布設(shè)直徑600的疏干井，管井為φ500雙壁波紋管，周邊采用5 mm～35 mm碎石回填，管井井深為15 m，間距35 m，疏干井之間采用坑中排水盲溝連接。在基坑開挖后，根據(jù)現(xiàn)場涌水量的大小，在必要的情況下對疏干井?dāng)?shù)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2)基坑內(nèi)沿基坑下口線每隔30 m設(shè)1口降水井，集水井中心線距地下室基礎(chǔ)外邊線50 mm。集水井井深為開挖線以下2.0 m，集水井直徑600 mm采用φ400無砂井管，外填5 mm～35 mm碎石。排水溝的水利坡度1%。

3)為有效控制地表水對基坑的影響，在基坑頂部設(shè)置坑上截水溝。截水溝水利坡度為1%，每隔40 m設(shè)一坑上集水坑，同時經(jīng)過三級沉淀后排出施工場地，共計設(shè)計A1-1地塊27個，設(shè)置三級沉淀池3個。

3 深基坑監(jiān)測控制要點(diǎn)

要保證該基坑順利開挖，除支護(hù)方案合理，支護(hù)措施到位以外，還需要組織嚴(yán)密的監(jiān)測作保證。只有監(jiān)測好，以準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)開挖施工，才能保證基坑開挖順利進(jìn)行，監(jiān)測信息化施工[5]包含監(jiān)測項目、測點(diǎn)位置、監(jiān)測頻率和監(jiān)測報警值等，可以為今后改進(jìn)設(shè)計、施工提供實(shí)測的數(shù)據(jù)[6]；編寫監(jiān)測方案前，應(yīng)向監(jiān)測單位提供下列資料：巖土工程勘察成果文件，基坑工程設(shè)計說明書及圖紙，基坑工程影響范圍內(nèi)的道路、地下管線、地下設(shè)施及周邊建筑物的有關(guān)資料。

3.1 施工監(jiān)測目的

指導(dǎo)基坑支護(hù)及開挖施工，同時起到預(yù)警的作用，以保證基坑支護(hù)及開挖施工順利進(jìn)行、保障基坑周邊內(nèi)外環(huán)境的安全運(yùn)行。

3.2 施工監(jiān)測項目

1)變形監(jiān)測。

對周邊重要建筑及相鄰建筑進(jìn)行沉降監(jiān)測[7]，由建設(shè)單位委托。變形監(jiān)測包括支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、地面沉降、建筑物沉降和傾斜，管網(wǎng)沉降和位移監(jiān)測。變形監(jiān)測采用精密測量儀器進(jìn)行監(jiān)測。

2)基坑開挖過程地下水監(jiān)測。

a.主要觀測坑外地下水位，利用坑外回灌井進(jìn)行觀測；

b.回灌井施工完畢后，降排水開始前，所有井統(tǒng)一時間聯(lián)測靜止水位，統(tǒng)一編號、量測基準(zhǔn)點(diǎn)；

c.每天對回灌井水位進(jìn)行三次觀測，降排水后發(fā)現(xiàn)井內(nèi)水位較基準(zhǔn)點(diǎn)偏低，應(yīng)立即安排井水回灌并查明原因。

3)監(jiān)測精度要求及方法。

a.監(jiān)測方法：全站儀測坐標(biāo)法、經(jīng)緯儀視準(zhǔn)軸線法。因為基坑周邊場地有限，基坑面積較大，每邊距離都超過200 m，架設(shè)距離過遠(yuǎn)后，通視條件也不好；另外，基坑平面形狀不太規(guī)則。因此，采用“經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線法”的同時，采用“全站儀測坐標(biāo)法”。

b.監(jiān)測儀器：電子全站儀，經(jīng)緯儀。

c.監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)：根據(jù)設(shè)計進(jìn)行布設(shè)。

d.施工前建立監(jiān)測網(wǎng)、埋設(shè)監(jiān)測點(diǎn)并進(jìn)行初始值測量不少于2次。

e.監(jiān)測點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)及觀察點(diǎn)布置：監(jiān)測點(diǎn)布置根據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計文件進(jìn)行監(jiān)測。

3.3 監(jiān)測頻率及監(jiān)測周期

基坑開挖過程至地下室底板澆筑完成期間每周監(jiān)測2次；基坑支護(hù)完畢至基坑回填期間每周監(jiān)測1次；施工過程中如出現(xiàn)異常情況，每天監(jiān)測不少于2次；遇強(qiáng)降雨天氣，必須增加監(jiān)測次數(shù)。

3.4 監(jiān)測成果的整理和提交

水平、垂直位移觀測點(diǎn)位布置圖；水平、垂直位移量成果表；水平位移矢量圖；垂直位移曲線圖；沉降變形曲線圖；垂直位移觀測點(diǎn)位置圖；傾斜位移量成果表；變形監(jiān)測技術(shù)報告。

1)每次測量后應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)格式制作《監(jiān)測點(diǎn)成果表》，計算出相鄰兩次的坐標(biāo)變化量及累計變化量，根據(jù)變形量分析基坑的穩(wěn)定狀況。

2)在監(jiān)測外業(yè)完成后的2個～3個工作日提交相關(guān)成果給甲方及施工方。

3)如果遇到基坑變形出現(xiàn)異常(變形量加大、變形加速)應(yīng)及時告訴甲方及施工方，并且加密監(jiān)測以確保施工安全。

4)水平位移觀測主要提交：a.觀測點(diǎn)平面布置圖。b.水平位移縱、橫斷面圖。c.水平位移觀測成果表。d.鋼筋應(yīng)力監(jiān)測成果圖表。

5)沉降觀測主要提交：a.沉降觀測成果表。b.沉降觀測點(diǎn)位分布圖及各周其沉降展開圖。c.v—t—s(沉降速率、時間、沉降量)曲線圖。d.沉降觀測分析報告。

6)地下水位監(jiān)測：a.地下水位監(jiān)測成果表。b.地下水位—時間關(guān)系曲線。

7)鋼筋應(yīng)力監(jiān)測：a.鋼筋應(yīng)力監(jiān)測成果表。b.鋼筋應(yīng)力—時間(基坑工況)關(guān)系曲線。

3.5 變形控制及報警值

根據(jù)設(shè)計方案規(guī)定，本工程邊坡按一級基坑考慮。

4 結(jié)語

軟土地基深基坑工程勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)測作為一個密不可分的系統(tǒng)，在深基坑施工中，依據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，完善基坑及周邊環(huán)境的監(jiān)測工作，做好信息化施工，確保深基坑和周邊環(huán)境的安全。

合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)選型，既可做到整個深基坑以及周邊建筑物的安全可靠，還能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)與社會效益。采取合理的支護(hù)選型方案和完善的基坑施工監(jiān)測技術(shù)，是保證基坑安全有效實(shí)施的關(guān)鍵，有利于掌握基坑施工過程動態(tài)和信息化施工，可為同類工程借鑒和參考。

[1] 麥文生.軟土地區(qū)深基坑施工技術(shù)研究[J].科教縱橫,2011(8):161.

[2] 余志成,施文華.深基坑支護(hù)設(shè)計與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[3] 周 康，喻永昌.西山區(qū)草海片區(qū)第45號“城中村”改造項目A1-3地塊基坑專項巖土工程勘察報告[R].西南有色昆明勘測設(shè)計(院)股份有限公司，2011.

[4] 劉建航，侯學(xué)淵．基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[5] 赫全勝.深基坑支護(hù)施工技術(shù)及穩(wěn)定性分析[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[6] 譚峰屹，汪 捻，于基寧.超大型基坑開挖過程中的信息化監(jiān)測[J].巖土工程學(xué)報，2006(Sl):1834-1837.

[7] 郝艷俊.草海施工方案A1-1[Z].中鐵建設(shè)集團(tuán)昆明分公司，2011.