軟土地質深大基坑變形的監測規律研究

俞建強 張 旭 金在保

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著城市的發展，在城市核心區的新建建筑中超高超深的結構越來越多，基坑的規模和開挖深度也不斷增加，基坑常出現在環境敏感和復雜的區域，周邊的地鐵、軌道交通、地下管線等對其影響極其顯著。

目前國內的學者對深基坑的監測做過很多分析研究，趙林杰等[1]以工程實例為背景，從測點布置、測點保護與補救、現場測試和數據修正與分析等4個方面對深基坑測斜工作全過程進行系統性的技術總結，蔡干序[2]針對基坑監測工程中的測距、起算點及位移方向等問題，對測斜技術進行了探討，張尚根等[3]通過對20個軟土深基坑監測數據的分析，研究了支護結構側移、基坑地表沉降及兩者的關系，徐中華等[4]對上海銀行大廈深基坑工程施工階段支撐軸力、地下連續墻水平位移、立柱樁的沉降等進行了監測，并對基坑的實測數據作了分析，驗證了基坑的設計是成功的。

此外，國內很多機構和學者對基坑變形規律也進行了分析和研究。

本文以上海嘉興路139地塊工程為例，對基坑開挖過程中的環境進行監測，分析了圍護墻水平位移、立柱隆沉和支撐軸力等規律，通過對基坑的監測數據進行跟蹤和分析，保證了施工過程中基坑與周邊環境的安全。

1 工程概況

嘉興路街道139街坊商辦綜合開發項目位于上海市虹口區，場地北側為岳州路，西側為舟山路，東側為安國路，南側為周家嘴路。該地塊在建商業、辦公綜合體，總建筑面積為89 351 m2，基坑開挖面積約10 691 m2，項目用地面積13 671 m2，基坑開挖深度約20.8 m。

本工程周邊環境復雜，基坑北側為紫虹嘉苑小區，距離基坑19.7～ 21.8 m；西側為老式磚混住宅及老廠房，距基坑約19.8 m；東側為虹葉茗苑小區，距基坑約32.69 m；南側為周家嘴路900弄小區。北側隔岳州路為運營中的軌道交通4號線區間隧道，在基坑50 m保護線以外；周邊道路下埋設有大量的市政管線。

2 基坑變形類型及影響因素

本工程的基坑開挖堅持“分層、分區、盡早形成支撐或底板、留土護壁、盆式開挖”的挖土原則；基坑共分5層開挖，第1～4層皆挖至支撐底，第5層挖至基坑底；第1層土方采用大開挖方式，由場地中間向東西2個方向退挖；第2～4層土方采用盆式開挖（圖1），即盆中土分2個階段、3塊挖土，盆邊土分3個階段、12塊挖土；第5層土按基礎底板抗震縫及后澆帶分塊開挖（圖2）。

本工程基坑內設置4道鋼筋混凝土水平支撐系統，圍檁及支撐棧橋混凝土強度等級為C30，第1～4道鋼筋混凝土支撐中心標高分別為：－1.70、－7.20、－12.30、－17.20 m。基坑中設有φ700 mm（800 mm）鉆孔灌注樁作為立柱樁，用以支撐混凝土支撐與棧橋。

2.1 圍護結構變形

圍護結構體側向位移，是引起周圍建筑物、道路、地下管線變形的一個主要原因。通過對圍護結構側向位移監測，可以掌握圍護結構的整體穩定與安全。根據設計單位出具的監測點布置圖，圍護體頂部位移測點與圍護深層水平位移測孔成對布設，布置測斜孔34個，編號CX1～CX34（圖3）。

圖1 第2～4層挖土分塊示意

圖2 第5層土開挖分塊示意

圖3 圍護結構水平位移監測點布置

由各施工階段圍護墻體水平位移（圖4）可見，采用分塊開挖的方式，當開挖到相應區塊時，墻體的位移變化較敏感。由于第1層土開挖深度較淺，因而對圍護墻水平位移總體影響較小，墻體水平位移的變化趨勢隨著開挖深度的增加而變大，且均向基坑內側位移，當開挖至基坑底部時，圍護墻的位移達到最大，開挖深度以下的水平位移隨著深度的增加呈現減小的趨勢。

CX7和CX11測點位于基坑南側長邊中間部位，空間效應明顯，故水平位移最大，最大位移為83 mm，與開挖深度的相對值為0.4%。測點CX13位于基坑的西南角點，在同一層土中最后開挖，空間拱效應較明顯，故該點的水平位移較小，其水平位移為53 mm，與開挖深度相對值比為0.25%。CX27測點位于基坑北側的中部，受到開挖空間效應的影響也較大，其最大水平位移為66 mm，與開挖深度相對值比為0.317%。測點CX29和CX33均位于基坑的東北側，且CX33點位于東北側的短邊上，受空間效應的影響較小，測點CX29的水平位移為72 mm，與開挖深度相對值比為0.35%，CX33的水平位移為69 mm，與開挖深度相對值比為0.33%。監測結果表明，圍護結構的水平位移會受到基坑開挖時間和空間效應的影響。

對所有監測點而言，最大水平位移點的位置隨著開挖深度的增加而逐漸下移，一般出現在開挖面以上0.6 m左右。各測點的位移增量主要發生在底板開挖階段，原因是底板開挖的深度較深且工期較長，各種荷載也在增加，使得該施工階段的位移增量較大。

圖4 圍護結構水平位移變形

2.2 坑底隆起變形監測

地基土大面積開挖后，由于地基土自重應力的卸除，使地基土回彈隆起，引起地基土結構產生破壞，以致對主體建筑物以及鄰近建筑物造成一定影響。為保證基礎設計的可靠和保護鄰近建筑的安全，對基坑底面的回彈變形進行監測（圖5）。

從基坑立柱位移曲線（圖6、圖7）中可以看出，最大的隆起點為LZ4點，位于基坑的中部，最大的位移為43 mm，位移最小的地方出現在LZ6、LZ7、LZ15和LZ20點。數據表明，隨著開挖深度的增加，坑底的隆起變形不斷地增大，且第1層土開挖時，由于土體的突然卸載，立柱的隆起變形較大，隨著挖深的加大，曲線逐漸趨于平緩，在開挖的同一層土中，先期開挖部分的隆起也明顯高于后開挖部分，LZ4點因位于中間部位，立柱臨空面大，受到的約束較弱，因而隆起較大，LZ6、LZ7、LZ15和LZ20因位于角部，且開挖較晚，受到的空間效應影響較小，所以基坑隆起較小。

圖5 立柱樁監測點布置示意

圖6 基坑北側立柱垂直位移

圖7 基坑南側立柱垂直位移

2.3 支撐軸力

為監控基坑開挖過程中支撐體系的受力狀態，選取支撐監測斷面主要分布于有可能出現應力集中的桿件，布置若干應力傳感器，將壓彎構件簡化為軸心受壓構件，根據平截面假定，測量計算支撐軸向受力（圖8）。

圖8 支撐軸力監測點布置示意

從支撐軸力的變化（圖9～圖12）可以看出，第1道支撐的軸力在第1層土開挖、第2道支撐的軸力在第2層土開挖、第3道支撐的軸力在第3層土開挖、第4道支撐的軸力在第4層土開挖時迅速增加，隨著后續土層的開挖，其變化逐漸趨于平緩。各道支撐的最大軸力分別為4 900、8 800、10 500、11 000 kN，第1～4道支撐的報警值分別為5 000、10 000、12 000、12 000 kN，各道支撐的軸力均未超過報警值。隨著基坑的開挖，由于支撐受到更大的形變壓力，因而隨著深度的增加，支撐的軸力也逐漸增大。

圖9 第1道支撐軸力

圖10 第2道支撐軸力

圖11 第3道支撐軸力

圖12 第4道支撐軸力

3 結語

通過分析背景項目的監測數據，得出了如下的結論：

1）基坑施工引起的圍護結構及坑底的位移具有明顯的空間效應：開挖面中部的位移較大，角部的位移較小。

2）基坑施工引起的圍護結構位移、坑底的位移、支撐軸力具有明顯的時間效應，同一層土先期開挖部分的變形和軸力較大，不同層土暴露時間越長，變形和軸力越大。

3）支撐軸力在支撐相對應的土層開挖時急劇增加，隨著后續的開挖，軸力的變化趨緩，而由于支撐受到更大的形變壓力，因而隨著深度增加，支撐的軸力也逐漸增大。