長沙市漁業路及延伸工程深基坑監測分析

張 有 為

(湖南中核巖土工程有限責任公司，湖南 長沙 410008)

0 引言

隨著城市人口的密集及建設規模的擴大，城市地下空間的利用越來越大。深基坑工程的設計和開挖越來越深、施工環境及對臨近建筑物的影響愈趨復雜，致使基坑施工與監測更加困難[1]。對深基坑的監測亦十分重要。丁智等[2]對杭州地鐵新塘路和景芳路交叉口深基坑監測分析，總結了土體深層水平位移與墻體深層水平位移的聯系，以及測斜孔測斜數據與土質分布的關系；丁勇春等[3]對某地鐵隧道深基坑監測分析，總結了不同工況下基坑立柱豎向位移、圍護結構變形、支撐軸力的特征；楊有海等[4]對深基坑監測數據分析，總結了不同工況下圍護樁樁體的側向變形；謝鵬[5]指出濱海地區基坑施工過程中地下水位受潮汐和降水的影響較大，并分析了注漿對地面沉降的影響；李琳等[6]分析了降水及圍護結構變形對地面沉降的影響；謝康和等[7]分析了成層土中基坑開挖降水對周邊土體應力變化及周圍地表沉降的影響；施成華等[8]考慮基坑降水時滲流作用對地表沉降影響，并提出了由開挖和降水引起的周邊地表沉降計算方法；王衛東等[9]根據大量工程實測數據，分析得出了基坑開挖過程中地表沉降規律，并提出了基坑開挖對臨近建筑物變形的影響特性。

以上研究側重點較為單一，目前鮮有文章綜合考慮圍護樁樁身側向變形、基坑底隆起和地下水變化對基坑周邊地表沉降的影響。本文以長沙市漁業路及延伸工程深基坑開挖為依托，對周邊地表沉降、圍護樁樁身側向變形、立柱豎向位移、地下水位、圍護樁豎向位移等監測數據進行多方面分析，總結得出基坑施工與監測過程中一些結論與建議。

1 工程概況

長沙市漁業路及延伸道路工程位于長沙市盛世路與福元路之間，漁業路及延伸工程隧道工程為該工程的一部分，隧道與城市主干路芙蓉北路、京廣鐵路、地下管線、地鐵一號線區間交叉。道路主線中心線與京廣鐵路相交于K1560+010處。設計起點為盛世路，向東依次下穿芙蓉北路、京廣鐵路，終點與漁業路順接。漁業路主線設置雙向四車道，下穿京廣鐵路和芙蓉北路。兩側各設置單向兩車道+人、非混行道的輔道下穿京廣鐵路后與芙蓉北路平交。本隧道工程起止里程為K0+240～K0+475，總長235 m；其中K0+240～K0+406段和K0+445～K0+475段為明挖隧道，以深基坑形式開挖(深基坑總長196 m，寬23 m，開挖最大深度為11 m)。

主體基坑圍護樁支護段變形控制等級為一級，支護結構最大水平位移不大于0.15%H，且不大于30 mm，地面最大沉降控制值不大于0.15%H(16.5 mm)，H為基坑深度。

1.1 地質條件

本工程地質情況以第四系地層為主，基巖為白堊系礫巖，地層按鉆探揭露順序自上而下共分為7層：①雜填土;②粉質黏土;③中粗砂;④圓礫;⑤殘積粉質黏土;⑥強風化礫巖;⑦中風化礫巖。

1.2 水文條件

本工程場區上部地下水為上層滯水，賦存于表層雜填土層中，間斷分布，動態變化大，水量很少，水位埋深0.80 m～6.00 m。中部地下水為孔隙水賦存于中粗砂、圓礫層中，分布不連續,其動態變化大，略具承壓性，水量較豐富，水位埋深3.60 m～8.90 m。

1.3 周邊環境

長沙市漁業路及延伸工程線路走向為東西方向，接福元路湘江大橋以下沉式形式從長沙市開福區金馬路路口與盛世路交叉口開始，向東沿開福區政府南門前盛世路下穿長沙市城市南北主干路芙蓉北路，至珠江花城一期高層樓房為止。在基坑K0+240～K0+320段北側為開福區政府，開福區政府南門在3倍基坑深度范圍內；南側為金霞開發公司距離基坑約60 m，已超出3倍基坑范圍；在基坑周圍有盛世路、金霞便道及長沙市南北主干道芙蓉北路。

2 監測項目及測點布置

基坑監測主要內容：周邊地表沉降、圍護樁樁身側向位移、立柱沉降、圍護樁樁頂豎向位移和地下水位變化。測點平面布置示意簡圖見圖1。

3 監測數據分析

3.1 周邊地表沉降

選取基坑南北兩側具有代表性的測點L3,L12，對其在距基坑壁5 m,10 m,20 m處沉降變化進行分析。選取基坑短邊測點L1,對比分析L1與南北兩側測點在距基坑壁10 m處沉降變化，分析結果見圖2～圖5。

由圖2，圖3可知，北側L3測點最大沉降發生在距離基坑10 m處，其沉降量約4 mm；南側L12測點最大沉降發生距基坑壁10 m處其沉降量量約8 mm，兩測點的沉降量均小于控制值(16.5 mm)。距基坑5 m處與20 m位置上，地表均有部分隆起，其沉降曲線呈三角形分布，兩邊沉降小，中間沉降大。

由圖4，圖5知，L1的沉降量小于其余各測點的沉降量，基坑北側L3-2,L4-2測點沉降量較大，基坑南側L14-2,L12-2測點沉降量較大，南側沉降量較北側大，且南北兩側基坑長邊端部的沉降均小于長邊中心位置的沉降,形成由兩邊端部向長邊中心下凹的沉降線。由以上分析得出結論：基坑在開挖過程中產生一定的空間效應，最大沉降量發生在基坑壁外一定距離處，且基坑短邊與基坑長邊端部的地表沉降量小于基坑長邊中心位置處地表沉降量，因此在基坑開挖過程中基坑長邊中心處的支護強度應高于基坑短邊與端部位置。

3.2 圍護樁樁身側向位移

如圖2所示，取基坑短邊J1樁，基坑長邊J3樁，J6樁進行樁身側向位移分析。樁身側向位移隨深度和時間變化見圖6～圖8。位移正值向坑內，負值向坑外。圖9為J1樁、J3樁、J6樁位置處基坑外各測點地表沉降。

由圖6～圖8知，樁身側向位移隨開挖深度與時間，逐漸發生向坑內的側向變形，位移變形曲線呈兩邊小中間大的趨勢。J1樁最大側向變形為8.7 mm，深度為5 m；J3樁最大側向變形為4 mm，深度為6 m；J6樁最大側向變形為4 mm，深度為6 m。圖6中J1樁從9月5號到10月15號樁身發生了較大側向變形時(其側向位移增量約1.8 mm)，對應圖9中測點L1-1從9月5號到10月15號發生了較大沉降；圖7中J3樁從7月20號到9月15號發生相應的側向變形時(其側向位移增量約2.3 mm)，測點L3-2從7月27號到9月15號亦發生較大沉降。由以上分析可得到結論：隨著開挖深度與時間的推移，樁身側向變形位移逐漸增加，當開挖完成一段時間后側向變形逐漸趨于穩定；樁身側向變形與基坑周邊地表沉降有一定聯系，即樁身側向發生變形時會同時引起基坑周邊地表發生沉降。因此，開挖基坑時，為防止因圍護結構樁身產生的過大側向變形而引起基坑周邊地表沉降，應加強圍護結構樁身剛度，進而有效控制基坑周邊地表沉降。

3.3 立柱豎向位移

取基坑中立柱測點Z2～Z7進行分析，其豎向位移如圖10，圖11所示。

圖10為各立柱隨時間的豎向位移變化曲線。開挖初期，大部分立柱表現出輕微回彈，部分立柱向下沉降，開挖后期，立柱的豎向位移變化漸漸趨于平穩。立柱Z2，Z4，Z7總體趨勢向下沉降，立柱Z3，Z5，Z6總體趨勢向上隆起。立柱隆起是由于基坑開挖卸荷土體應力釋放引起地基回彈，沉降是因為立柱自重及工程降水使土體有效應力增加并大于土體卸荷回彈作用，而引起地基發生沉降；從圖11中可知基坑中間立柱的回彈隆起量明顯大于基坑端部；此外，將圖11與圖4，圖9對比可知，基坑中間立柱Z3,Z5,Z6發生較大隆起時，對應基坑周邊地表測點L3,L4,L12亦發生較大沉降，可以得到結論：基坑底卸荷回彈隆起會引起基坑周邊地表沉降，兩者之間存在一定聯系。在基坑開挖中，減小對坑底土體的擾動與增強基坑底強度有助于控制基坑周邊地表沉降。

3.4 圍護樁樁頂豎向位移

對S1,S3,S5,S7樁頂沉降變化隨著開挖工期進行分析，監測結果見圖12。

由圖12知，基坑開挖前期，S1，S3，S5各樁均發生輕微的回彈，S7樁發生下沉，開挖中期各樁樁頂位移上下波動，隨著開挖進行到后期，樁頂豎向位移達到穩定；各樁頂沉降量S1

3.5 地下水位

選取7個測點進行分析，其中W1點位于基坑端部，W3,W5,W8位于基坑一邊與W18,W21,W24對稱布置，分析結果如圖13所示。圖14，圖15為各測點地表沉降隨時間變化曲線，其中選取了各點系中沉降最大的點進行對比分析。

由以上水位累積變化曲線可以看到，在基坑開挖前期各測點水位急劇下降，隨著工期進行水位逐漸趨于穩定變化，上下波動幅度很小。其中基坑北側測點W3,W5水位變化達3 000 mm左右，基坑端部測點W1水位變化達5 000 mm左右，變化較大；其余各測點水位變化在1 000 mm左右，變化較小；對應于圖14，圖15各測點地表沉降，L1-1,L3-2,L4-2在水位變化較大點處其測點地表沉降值大于其余各測點，且在開挖前期水位下降時，基坑地表各測點均發生相應沉降，在水位變化達到穩定后各測點地表沉降亦逐漸趨于穩定。

由以上分析得到結論：基坑外地表沉降與水位變化密切相關，水位下降會引起基坑外地表發生相應沉降，且在水位變化趨于穩定后基坑外地表沉降亦逐步趨于穩定。因此，在整個基坑開挖過程中，對基坑水位的監測至關重要，當水位急劇變化時應加強對基坑支護以及對基坑外地表測點進行密切監測，防止基坑周邊地表發生較大沉降，影響基坑周邊建筑物安全。

4 結語

1)基坑角部各點的沉降量明顯小于基坑中間的沉降量。垂直基坑壁周邊地表最大沉降出現在距基坑壁10 m左右處。

2)樁身深層水平位移呈兩邊小中間大，圍護樁側向變形會引起基坑周邊外地表沉降。因此，加強圍護樁身的剛度與強度可以減少基坑外地表沉降。

3)基坑中心位置立柱隆起量大于角部立柱隆起量；基坑底回彈隆起會引起基坑周邊表發生沉降，二者具有一定的聯系，因此，加大基坑底強度有助于減小臨近基坑地表沉降。

4)圍護樁樁頂豎向位移變化在基坑中心位置較大，在基坑端部變化較小。

5)地下水位的變化與地表沉降密切相關，地下水位變化較大位置處，其對應基坑外地表沉降也較大；當水位達到平穩時，坑外地表沉降亦逐步趨于穩定。因此，基坑開挖時加強對地下水位的實時監測，使水位在開挖中穩定變化有利于減小周邊地表沉降。

參考文獻：

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