復(fù)雜環(huán)境非正常工況深基坑臨時停工應(yīng)急處置★

閆雁軍，楊萬鋒

(上海建工七建集團有限公司，上海 200050)

0 引言

由于城市中心城區(qū)土地資源有限，人們對高層、超高層建筑的建造及對地下空間的開發(fā)利用日益增多，并且在復(fù)雜周邊環(huán)境下進行基坑工程施工越來越頻繁。復(fù)雜環(huán)境下深基坑工程的施工對周邊環(huán)境的影響也成為設(shè)計、施工工作者們必須關(guān)心的問題。

目前，許多學(xué)者針對深基坑施工中基坑變形以及對周邊環(huán)境的影響已做了大量研究。2007年，李琳等[1]收集杭州和上海軟土地區(qū)46個深基坑的實測資料并進行了分析和總結(jié)，分析了基坑開挖深度與最大側(cè)移及其位置的關(guān)系和當(dāng)前基坑開挖深度、所采用支撐系統(tǒng)相對剛度之間的關(guān)系。2011年，王衛(wèi)東等[2]就上海軟土地區(qū)35個具有墻 后地表沉降實測資料的深基坑工程案例進行研究，從統(tǒng)計角度分析了深基坑的墻后地表變形性狀。上述研究主要借助較多的工程案例對深基坑施工進行了分析。目前，隨著計算機硬件與仿真計算軟件的發(fā)展，丁勇春等[3]結(jié)合具體深基坑工程，采用三維數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測對復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工對歷史建筑的變形影響及相應(yīng)變形控制措施進行研究，同時探討了不同基坑支護方案及技術(shù)措施對基坑變形控制及歷史建筑保護的有效性。2016年，王立峰等[4]對某鄰近基坑開挖的地鐵隧道的水平位移和沉降的時空分布做了深入分析。2017年，楊小莉[5]根據(jù)深基坑實測監(jiān)測數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場施工節(jié)點，對深基坑在開挖過程中基坑變形及周邊環(huán)境的影響進行了分析，并總結(jié)出深基坑開挖過程對基坑變形和周邊環(huán)境的影響規(guī)律。2019年，張吉純[6]研究了采用整體分區(qū)、地下連續(xù)墻結(jié)合多道混凝土水平支撐、坑內(nèi)加固、承壓水處理等技術(shù)措施對減少基坑圍護墻變形的作用。2021年，李鴻浩[7]在復(fù)雜周邊環(huán)境條件下案例，從深基坑開挖、支護、降水及回灌等方面對蓮溪路站深基坑施工過程中相關(guān)的變形控制技術(shù)進行應(yīng)用研究。

上述學(xué)者及其余眾多學(xué)者集中研究了深基坑施工過程中基坑變形以及周邊環(huán)境的變形，并得出了一些有價值的結(jié)論[8-11]。這些研究大多是建立在深基坑正常施工的基礎(chǔ)上，未對深基坑在非正常施工條件下施工以及臨時停工期間抑制基坑變形的措施進行分析。本文主要分析在上海中心城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下基坑施工期間的變形情況，以及基坑施工至關(guān)鍵節(jié)點時基坑臨時停工，為減小基坑及周邊環(huán)境變形，采取臨時加固措施。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，分析加固措施效果，為后續(xù)類似工程提供參考。

1 工程概況

本工程位于上海市黃浦區(qū)，該工程基坑?xùn)|西長約135 m，南北寬約80 m，基坑周長415 m，基坑面積10 221 m2，該基坑采用明挖法，基坑開挖深度普遍為18.5 m，部分降板區(qū)域挖深19.5 m。該基坑采用1 m厚地下連續(xù)墻作為圍護結(jié)構(gòu)，采用四道鋼筋混凝土支撐作為支護體系。第一道棧橋支撐中心標(biāo)高為-1.8 m，第二道支撐中心標(biāo)高-6.6 m，第三道支撐中心標(biāo)高-11.6 m，第四道支撐中心標(biāo)高-15.6 m。支護體系的截面尺寸如表1所示。

表1 基坑支護數(shù)據(jù)

本工程處在鬧市區(qū)且周邊環(huán)境復(fù)雜，東側(cè)有地下通道(通道A)，埋深約10 m，距離地墻約13.3 m；南側(cè)有市政道路(道路B)，道路B下有管徑1.8 m的雨污管(雨污管C)，距離地墻約11 m；西側(cè)為地下室結(jié)構(gòu)已施工完成的工程(工程F)；北側(cè)有一幢20層的大樓(主樓D)及6層配套用房(輔樓E)，主樓D為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；輔樓E為磚混結(jié)構(gòu)，箱型基礎(chǔ)。輔樓E距離地墻最近處約21.7 m。總體而言，基地周邊環(huán)境較為復(fù)雜，保護要求相對較高。基坑的周邊環(huán)境如圖1所示。

根據(jù)工程勘探綜合分析，場地土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表2所示。本工程場地55 m以內(nèi)分布的土層自上而下可劃分為五大層及若干亞層，其中①層為填土，①3層灰色為黃浦江兩岸新近沉積層(俗稱“江灘土”)，④層～⑤層為全新世Q4沉積層，⑦層為上更新世Q3沉積層。

表2 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2 測點布置及基坑工況

2.1 基坑及周邊環(huán)境測點布置

根據(jù)設(shè)計要求，在基坑降水及開挖過程中，由于坑底回彈、圍護墻體側(cè)向壓力差的變化等原因，造成坑外土體局部范圍內(nèi)發(fā)生擾動和位移，為了解基坑施工對周邊地下土體及周邊管線、建筑物的影響，在基坑施工期間，進行坑外土體深層側(cè)向變形(測斜)、地表沉降、管線監(jiān)測。由于基坑?xùn)|側(cè)與基坑北側(cè)的道路翻修，地表沉降監(jiān)測點被破壞，因此僅對基坑南側(cè)的地表沉降進行分析，基坑監(jiān)測點布置圖見圖2。

根據(jù)開挖深度，對3倍基坑開挖深度范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物進行布點監(jiān)測。監(jiān)測點布置在基礎(chǔ)類型、埋深和荷載有明顯不同處及沉降縫、伸縮縫、新老建(構(gòu))筑物連接處的兩側(cè)、建筑物的角點等(見圖3)。

2.2 基坑工況節(jié)點

本工程基坑施工主要節(jié)點時間如表3所示。

表3 基坑施工主要節(jié)點時間

因本工程處在上海中心城區(qū)，基坑施工期間由于土方出土限制，每一皮土及每一道支撐施工時間比周邊類似基坑施工時間長了數(shù)倍，第四皮土及第四道支撐施工完成，基坑及周邊環(huán)境變形已超過設(shè)計報警值。考慮到開挖第五皮土進行底板施工時需抽降承壓水且底板在進口博覽會停工前不能全部施工完成，為減少抽降承壓水對基坑周邊環(huán)境的影響，故基坑在第四道支撐完成后采取臨時停工39 d，為保證基坑停工期間基坑及周邊環(huán)境變形安全可控，在基坑停工期間在基坑?xùn)|、北、南面分別回土，回土?xí)r間10月12日～10月22日，回土寬度11.5 m～12 m，回土高度最高為2.5 m，回土區(qū)域的相關(guān)信息如圖4,圖5所示。

3 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 大樓D及輔樓E沉降分析

本文首先對主樓D與輔樓E兩處建筑物在基坑開挖期間的沉降數(shù)據(jù)進行分析，得到不同施工階段建筑物沉降累計變化曲線，如圖6,圖7所示。

由圖6可知，本工程基坑開挖二～四皮土期間主樓D最大沉降量為2.9 mm。在停工期間，主樓D累計沉降量略有增加，總體上二～四皮土開挖及停工期間整棟建筑物沉降量變化不大。出現(xiàn)上述這種情況的原因主要是主樓D由于采用φ650 mm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，二～四皮土期間整棟建筑物沉降較小。

由圖7可知，本工程基坑開挖二～四皮土期間輔樓E總體呈沉降趨勢，其中最大沉降量為8.9 mm。對比圖6,圖7可知，輔樓E的沉降量明顯大于主樓D的沉降量。因為輔樓E為磚混結(jié)構(gòu)，淺基礎(chǔ)，相對于核心筒-框架結(jié)構(gòu)，淺基礎(chǔ)的輔樓E對環(huán)境的變化更敏感。同時，由圖6,圖7可知，基坑在開挖第五皮土進行底板施工期間主樓D與輔樓E沉降較開挖二～四皮土期間明顯增大，累計沉降最大值分別為12 mm與26.1 mm。與二～四皮土開挖條件不同的是，開挖第五皮土?xí)r需降承壓水，而承壓水基坑內(nèi)外是相通的，降水影響范圍大,對周圍建筑物造成不利影響。因此主樓D與輔樓E在基坑開挖第五皮土及底板施工期間沉降最大。

由圖6,圖7可知，10月4日～10月11日(采取回土措施前)主樓D和輔樓E的最大位移沉降量分別為1.8 mm(上升)、2 mm(沉降)；10月12日～11月12日，主樓D和輔樓E的最大位移量分別為2.7 mm(上升)、7.6 mm(沉降)。回土前主樓D和輔樓E最大日均變化量分別為0.225 mm/d(上升)、0.25 mm/d(沉降)；回土后主樓D和輔樓E最大日均變化量分別為 0.087 mm/d(上升)、0.245 mm/d(沉降)。比較可知本工程采取的回土措施能對輔樓E的沉降起到一定的抑制效果。

3.2 土體深層水平位移分析

圖8～圖10為基坑開挖后，土體深層水平位移。其中TX-2表示2號土體深層水平位移監(jiān)測點，位于基坑的南側(cè)，TX-4表示4號土體深層水平位移監(jiān)測點，位于基坑的東側(cè)，TX-7表示7號土體深層水平位移監(jiān)測點，位于基坑的北側(cè)。

由圖8～圖10可知，基坑的北側(cè)變形大于基坑南側(cè)與東側(cè)的變形，其中北側(cè)變形最大值為66.73 mm。隨著開挖深度的增加，土體深層水平位移最大值點逐漸下移，最大值點距基坑開挖面2 m～3 m。在停工期間，基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)、北側(cè)的土體深層水平位移值分別為6.90 mm,4.4 mm,2.23 mm，整個基坑在回土前東、南、北側(cè)土體深層水平位移日變量分別為0.34 mm/d,0.17 mm/d,0.25 mm/d，回土后東、南、北側(cè)土體深層水平位移日變量分別為0.1 mm/d,0.07 mm/d,-0.06 mm/d(向外)，比較可知回土后基坑土體深層水平位移的日變量明顯小于回土前，由此得出回土對抑制基坑土體深層水平位移變形有較大作用。

由圖11可知，開挖第二皮土?xí)r，基坑?xùn)|、南、北三側(cè)的土體深層水平位移變化速率較一致。開挖第三皮土?xí)r，基坑北側(cè)土體變形快于基坑南側(cè)，基坑南側(cè)快于基坑?xùn)|側(cè)。開挖第四皮土?xí)r，基坑南側(cè)土體變形快于基坑北側(cè)，基坑北側(cè)快于基坑?xùn)|側(cè)。在基坑臨時停工期間三面土體變形都較小，其中回土后的變形速率小于回土前的變形速率。第五皮土開挖期間三面的土體深層水平位移速率顯著增加。

3.3 雨污管沉降及地表沉降分析

圖12,圖13分別為基坑開挖后，雨污管線C沉降圖與道路B地表沉降圖。其中雨污管線監(jiān)測點沿管線走向方向布置11個，道路地表監(jiān)測點布置3組，每組布置3個監(jiān)測點。

由圖12可知，開挖第二皮～第五皮土期間雨污管線C分別沉降4.4 mm,7.9 mm,13.6 mm,20.9 mm；日均沉降量分別為0.119 mm/d,0.104 mm/d,0.284 mm/d,0.179 mm/d。同時，由圖12可知，雨污管C沉降量最大發(fā)生在第五皮土開挖及底板施工期間，日均沉降變化最大在第四皮土開挖及支撐施工期間。在停工前后管線C沉降量最大值分別為5.4 mm,2.2 mm，停工期間采取措施前后日均沉降量分別為0.3 mm/d,0.105 mm/d。比較可知回土措施采取后管線C的沉降量明顯小于回土前的管線。

由圖13可知，開挖第二皮～第五皮土期間道路B最大沉降量分別為4.2 mm,13.1 mm,12.3 mm,19.2 mm；日均沉降量分別為0.114 mm/d,0.172 mm/d,0.251 mm/d,0.164 mm/d。在停工前后道路B沉降量最大值分別為3.4 mm,5.9 mm，停工期間采取措施前后日均沉降量分別為0.425 mm/d,0.190 mm/d。比較可知回土措施對減小地表沉降效果明顯。同時，由圖12可知第一組監(jiān)測點中離基坑最遠處的監(jiān)測點(DB1-3)在基坑開挖過程中沉降最大；在第二組、第三組監(jiān)測點中離基坑較遠處的沉降監(jiān)測點(DB2-2,DB3-2)沉降變形最大。比較圖12，圖13可知，雨污管C與道路B地表沉降最大均發(fā)生在第五皮土開挖及底板施工期間。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，基坑停工期間回土措施采取后雨污管C、道路B的沉降變形明顯得到抑制。

對比圖8，圖13可知，基坑土體深層水平位移約為地表沉降的1.8倍。由于土體具有蠕變性，基坑的土體深層水平位移小于基坑圍護墻體的深層水平位移。因此，本工程的地表沉降與地墻深層水平位移之間的關(guān)系較符合文獻[2]的統(tǒng)計規(guī)律。

4 結(jié)論

本文根據(jù)實際的工程案例，上海中心城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下基坑施工，在施工關(guān)鍵節(jié)點時，基坑臨時停工采取加固措施，分析加固措施對抑制基坑及周邊環(huán)境變形的效果，得到結(jié)論如下：

1)分析了基坑挖土階段基坑土體深層水平位移、周邊建筑物、市政管線以及市政道路的地表沉降，得出隨著開挖深度的增加，變形也隨之增大。

2)降承壓水期間基坑周邊環(huán)境變形較大。為減小基坑周邊環(huán)境的變形，在類似施工節(jié)點應(yīng)加快施工進度或減少此階段施工的暫停時間。

3)采取的基坑回填土措施對抑制基坑土體深層水平位移變形、雨污管線的沉降、周邊建筑物沉降、地表沉降變形效果較明顯。

4)最大地表沉降與最大土體深層水平位移的比值約為1.8，且地表沉降最大值點發(fā)生在基坑邊長居中的位置上。