明挖基坑開挖對圍護結構的影響

漆金根

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，浙江 杭州 311265）

明挖基坑開挖工程的施工內容較為復雜，在基坑開挖過程中，對周圍環境、圍護結構本身的安全穩定性都有較大的影響。宋效忠對現有的圍護結構變形機理和計算方法并結合實際工程的監測數據，得出深基坑在開挖時圍護結構的變形規律；吳挺采用有限元軟件建立基坑開挖全過程模型，分析長條形基坑不同分區寬度對圍護結構水平變形的影響；郭博瀚研究了基坑開挖過程對圍護結構深層水平位移與坑外土體沉降的影響關系；程康以杭州某30.2 m深大基坑工程為研究對象，結合收集到的16個杭州基坑案例資料以及文獻中已發表的上海地區同類工程實測數據，分析該30.2 m深大基坑開挖全過程中的地連墻隆沉及撓曲變形、地連墻墻體應力、立柱隆沉、支撐軸力、土壓力、地表沉降等的發展演變規律；左卓研究了深基坑施工對圍護結構及周圍環境的影響，得到基坑開挖初期，墻體側移表現出懸臂彎曲狀，水平位移最大值點在墻頂附近處，隨著開挖深度的增大，其最大值點位置逐漸向下移動，最終出現在坑底處。

1 工程概況

以艮山東路過江隧道工程為例，該工程地處杭州市，其中包含過江隧道、工作井、明挖段基坑。現對該工程中明挖段基坑開挖對周圍環境及圍護結構本身的影響進行分析。如圖1所示為基坑監測平面布置圖。表1為土層分布表。

表1 土層分布表

圖1 基坑監測平面布置圖

2 基坑開挖時地表豎向變形規律分析

地表豎向位移監測點共16個斷面，布設斷面與地連墻測斜孔對應，除部分斷面因為建筑物限制布設數量以外，其他每個斷面監測點數為6個，從基坑邊緣開始間距分別為2 m、6 m、10 m、15 m、20 m、25 m，間距可根據現場實際情況適當調整。

圖2、圖3為不同基坑剖面距離基坑不同距離的地表沉降圖，橫坐標為沉降點距基坑的距離，縱坐標為地表豎向位移。由圖可知：在同一剖面，距離基坑6 m左右處的地表沉降最大，最大值在15.8 mm左右，隨著距離的增加而減小，在距離基坑20 m處的地表幾乎無沉降，基坑開挖對此處的影響較小；在不同剖面，距離基坑相同距離的地表沉降值差距較小，沉降最大值在14～16 mm之間，最大值位置也在6 m左右。基坑墻后地表沉降形態曲線為“凹槽型”。

圖2 DBC10地表豎向位移曲線

圖3 DBC11地表豎向位移曲線

圖4為墻后地表沉降曲線無量綱圖，圖5為墻后地表沉降包絡圖。由圖可知：Peck所提出的墻后地表沉降Ⅰ區的沉降范圍如實線區域所示，杭州該地區基坑開挖的影響范圍主要集中在（0～2.75H)范圍內。

圖4 基坑墻后地表沉降曲線無量綱圖

圖5 基坑墻后地表沉降包絡圖

3 基坑開挖時地連墻水平位移實測數據分析

圍護墻頂部水平位移監測點共16點，基坑端頭井側各邊中間部位各1點，標準段兩側側各7點，沿基坑邊線布點間距平均約23 m。墻頂豎向位移測點與墻頂水平位移測點為共用點。測斜管長度同地連墻鋼筋籠長度，地連墻長度為32 m、45 m、49 m。

圖6、圖7是基坑明挖段南北側靠近盾構段CX01、CX02的圍護墻水平位移與開挖深度之間的關系，如圖所示：隨著開挖深度的增加，墻體水平位移逐漸變大，墻體的最大水平位移為15 mm，為0.566‰H（此處H為26.5 m），位于地下13 m處，在地面35 m以下的地下水平位移幾乎不變，基坑開挖到底這段過程中其在深度方向上的影響范圍大約為1.32H；

圖6 CX01墻體深層水平位移

圖7 CX02墻體深層水平位移

圖8、圖9是基坑明挖段南北側靠近盾構段CX06、CX07的圍護墻水平位移與開挖深度之間的關系，如圖所示：隨著開挖深度的增加，墻體水平位移逐漸變大，墻體的最大水平位移為13.5 mm，為0.613‰H（此處H為22 m），位于地下13 m處，在地面30 m以下的地下水平位移幾乎不變，基坑開挖到底這段過程中其在深度方向上的影響范圍大約為1.36H；

圖8 CX06墻體深層水平位移

圖9 CX07墻體深層水平位移

圖10、圖11是基坑明挖段南北側靠近盾構段CX12、CX13的圍護墻水平位移與開挖深度之間的關系，如圖所示：隨著開挖深度的增加，墻體水平位移逐漸變大，墻體的最大水平位移為10 mm，為0.588‰H（此處H為17 m），位于地下15 m處，在地面25 m以下的地下水平位移幾乎不變，基坑開挖到底這段過程中其在深度方向上的影響范圍大約為1.47H；

圖10 CX12墻體深層水平位移

圖11 CX13墻體深層水平位移

綜上可知：該基坑開挖的最大水平位移為10～15 mm之間，約為0.566‰～0.613‰H之間，位置位于地面以下13～15 m之間，基坑開挖到底這段過程中其在深度的影響范圍是1.32H～1.47H之間。

4 立柱樁隆沉變化規律

立柱的豎向位移與圍護墻頂的豎向位移相似，在開挖卸載的作用下會產生回彈，而在支撐構件豎向荷載的作用下會下沉，立柱的最終位移可能表現為回彈也可表現為下沉。立柱過大的差異沉降或回彈會對結構產生不利影響，上海市基坑工程設計規程規定立柱之間的差異沉降或回彈不宜大于20 mm，也不宜大于1/400柱距。

圖12為立柱豎向位移與開挖深度之間的關系圖。當立柱表現為回彈時，最大回彈量上限為0.071%H，平均最大回彈量為0.029%H，其回彈上限小于0.25%H，均值小于0.12%H（上海軟土）；當立柱表現為沉降時，最大沉降量上限為0.188%H，立柱平均沉降量為0.052%H，其沉降上限小于0.2%H，均值小于為0.175%H（上海軟土）。

圖12 立柱豎向位移與開挖深度的關系

5 結論

（1）基坑開挖過程中墻后地表沉降形態曲線為“凹槽型”。杭州該地區基坑開挖的影響范圍主要集中在（0～2.75H)范圍內。

（2）基坑開挖的最大水平位移為10～15 mm之間，約為0.566‰～0.613‰H之間，位置位于地面以下13～15m之間，基坑開挖到底這段過程中其在深度的影響范圍是1.32～1.47H之間。

（3）立柱表現為回彈時，最大回彈量上限為0.071%H，平均最大回彈量為0.029%H，其回彈上限小于0.25%H，均值小于0.12%H（上海軟土）；當立柱表現為沉降時，最大沉降量上限為0.188%H，立柱平均沉降量為0.052%H，其沉降上限小于0.2%H，均值小于為0.175%H（上海軟土）。