深大基坑開挖支護(hù)施工及變形控制研究

朱正國，劉爭國，范劍雄，翟朝嬌，羅支貴，徐俊

(1.淮安高新控股有限公司，江蘇 淮安 223001；2.安徽建筑大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)與地下工程安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601；3.安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；4.中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司，上海 200000；5.中鐵四局集團(tuán)第四工程有限公司，安徽 合肥 230012）

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地下空間的開發(fā)利用規(guī)模加大，使得基坑工程日益增多，且向更深更大的方向發(fā)展，特別是針對富水地區(qū)，其工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較差，力學(xué)性能復(fù)雜，增加了基坑工程施工的難度。

針對深大基坑的開挖支護(hù)施工及變形控制效果研究，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究[1-8]。何志勇等[1]以深圳某工程為例，結(jié)合數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測，研究了深基坑在樁撐和樁錨的組合支護(hù)下結(jié)構(gòu)的變形和受力特點(diǎn)。夏應(yīng)學(xué)[2]等人結(jié)合實(shí)際工程，計(jì)算得出控制開挖長度和深度可以很好控制基坑的變形。胡琦等[3]人認(rèn)為可以采用非線性三維實(shí)體模型來模擬基坑開挖問題，他從機(jī)理上研究了咬合樁的受力特點(diǎn)，對基坑的變形分析起到了基礎(chǔ)作用。Wong[4]利用有限元軟件分析了基坑施工階段地下水位變化對基坑變形之間的關(guān)系，計(jì)算結(jié)果顯示在基坑工程施工過程中地下水分布的變化對基坑變形影響很大，因此在實(shí)際工程中需要切實(shí)的關(guān)注地下水分布問題。

本文通過以淮安東站站前廣場深基坑工程為實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了深層土體位移、坑頂沉降位移、地下水位變化，探討了各監(jiān)測項(xiàng)目的變形規(guī)律，給類似工程條件下基坑開挖提供指導(dǎo)。

2 工程概況

本工程為淮安東站站前廣場，廣場位于在建連鎮(zhèn)鐵路東側(cè)，場址為原連鎮(zhèn)鐵路淮安東制梁場用地，站前廣場結(jié)構(gòu)凈尺寸長225m×寬256m，占地面積約5.7萬m2，基坑開挖面積約為58936m2，局部開挖深度18.9m。地下三層采用框架結(jié)構(gòu)＋樁基礎(chǔ)，其中負(fù)一層為社會(huì)停車場出租車停車場和公交車站，設(shè)計(jì)高度6.0m，負(fù)二層及負(fù)三層均為社會(huì)車場，設(shè)計(jì)高度4.2m，設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，抗震設(shè)防烈度7度。

圖1 基坑現(xiàn)場施工圖

3 開挖支護(hù)方法

3.1 開挖方案設(shè)計(jì)

基坑開挖遵循“分區(qū)、分層、限時(shí)、平衡、對稱”的開挖原則，將基坑土方以環(huán)形支撐為界縱向分為3層，平面分為25塊，采用兩種開挖方法進(jìn)行施工，第一道混凝土環(huán)撐以上土方開挖采用島式開挖法，首先開挖環(huán)撐范圍土方，分段進(jìn)行環(huán)撐施工，環(huán)撐施工完成后開挖內(nèi)部土方，等環(huán)撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，轉(zhuǎn)換開挖方法，采用盆式開挖法進(jìn)行第一道環(huán)撐以下土方開挖，首先進(jìn)行環(huán)撐內(nèi)土方開挖，挖至第二道環(huán)撐下5cm，進(jìn)行第二道混凝土環(huán)撐施工，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，繼續(xù)采用盆式開挖法，由中心向四周開挖至基底上30cm，最后采用人工開挖進(jìn)行清底。具體開挖流程如圖2所示。

圖2 開挖流程示意圖

3.2 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)周長約1005m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)東側(cè)和北側(cè)采用地連墻，每幅墻體長度約為6m，深度為50m，接頭位置均采用H型鋼接頭＋高壓旋噴樁方式進(jìn)行施工；西側(cè)和南側(cè)TRD工法墻＋圍護(hù)樁，TRD墻體長度為425.6m，深度為50m，圍護(hù)樁采用Φ1150鉆孔灌注樁進(jìn)行施工，設(shè)置2道混凝土撐，沿基坑圍護(hù)呈環(huán)形布置，下部采用格構(gòu)柱作為支撐柱，格構(gòu)柱共484根，第一道混凝土支撐設(shè)置在原地面以下約1m，截面尺寸為2.6m×1m，第二道混凝土支撐設(shè)置在原地面以下約8m，截面尺寸為2.9m×1.5m。

4 監(jiān)測分析

為確保施工安全，要對基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的監(jiān)控量測，以及時(shí)調(diào)整開挖速度與位置，防止因圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大造成安全隱患，影響施工進(jìn)度。本文分析中，選取富水條件下地連墻段深層土體水平位移監(jiān)測點(diǎn)CX3、圍護(hù)樁沉降監(jiān)測點(diǎn)SP4、SP6和水位監(jiān)測點(diǎn)SW01、SW02、SW04和 SW06的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)律性分析。

4.1 深層土體位移

圖3 深層土體位移曲線

由圖3可知，基坑開挖初期 (開挖1.3m)，土體出現(xiàn)坑內(nèi)前傾的變化趨勢，上部土體水平位移較大，越往深處，土體位移越小。隨著第一道支撐的安裝以及基坑的開挖至8.2m，深層土變形曲線由前傾逐漸變?yōu)椤肮毙?，土體最大水平位移發(fā)生部位也逐漸下移，約在土體深度6m處。第二道支撐安裝完畢以及基坑開挖至15.8m處時(shí)，土體位移曲線仍表現(xiàn)為兩頭較小，中間較大的特征，最大水平位移發(fā)生位置下移至10m處。基坑的開挖至基底時(shí)，CX3處土體最大水平位移為26.3mm，未超出監(jiān)測警戒值（35mm），且還有一定空間，說明維護(hù)結(jié)構(gòu)滿足基坑穩(wěn)定性要求。

4.2 圍護(hù)樁沉降位移

圖4 圍護(hù)樁沉降位移

由圖4可知，在基坑開挖初期，受土體卸載作用，圍護(hù)樁樁頂實(shí)測垂直位移有少量上浮，并在第十天出現(xiàn)峰值，最大值發(fā)生在SP6位置，為3.15mm。隨著基坑開挖深度的增加，圍護(hù)樁開始發(fā)生沉降，總體呈下降趨勢，在開挖第36天至第42天，位移發(fā)生快速下降。SP6點(diǎn)在第69天出現(xiàn)最低值-6.25mm。第二層開挖中期至第三層開挖初期圍護(hù)墻沉降曲線變化幅度較小，在第三層開挖時(shí)期趨于穩(wěn)定。

4.3 地下水位

圖5 地下水位時(shí)間變化圖

由圖5可知，在基坑開挖前期，水位波動(dòng)明顯，開挖至第二層中期時(shí)，水位總體呈緩慢下降趨勢。四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)水位累計(jì)變化值均出現(xiàn)最低值，最小值在SW04點(diǎn)，為-920mm，并未超出設(shè)計(jì)報(bào)警值1000mm；在開挖第二層土方后期時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)均有快速上升的現(xiàn)象，造成這個(gè)現(xiàn)象的原因是此施工期間受到降雨影響，監(jiān)測點(diǎn)附近有導(dǎo)水管，施工時(shí)抽水會(huì)影響水位變化，隨著第二層開挖完成及混凝土支撐完成，地下水位得到控制。監(jiān)測點(diǎn)水位總體平穩(wěn)。

5 結(jié)論

①基坑開挖過程中，深層土的水平位移隨開挖深度的增加而增加；開挖初期，最大水平位移發(fā)生在基坑上部區(qū)域，隨著基坑的開挖支護(hù)完畢，深層土最大位移處下移至基坑中間位置，土體變形呈現(xiàn)兩頭小，中間大的形態(tài)。

②圍護(hù)墻沉降位移在基坑開挖初期有小幅度上升過程，之后隨基坑開挖的進(jìn)度會(huì)慢慢下降，最后，逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。工程中，應(yīng)該在圍護(hù)墻下降階段增加監(jiān)測頻率，保證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

③開挖前期水位波動(dòng)明顯，隨著基坑開挖，水位緩緩下降，后期受到降雨影響，水位快速上升，最終趨于穩(wěn)定，工程中，應(yīng)該注意雨季施工范圍的排水，并時(shí)刻關(guān)注支護(hù)結(jié)構(gòu)是否有漏水漏砂現(xiàn)象。