紹興地鐵軟土基坑變形規律的現場監測分析

唐文周

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 100101)

土體作為一種松散地質體，由于固體骨架、空隙、水的分布高度不均勻而呈現出物理力學性質的復雜性。由于土體位于淺地表且為松散體，易受到應力歷史及后期人為改造的影響，最終導致土體工程性質難以精細把握[1]。軟土性質尤其復雜，不但取決于其形成地理環境和物質組成，也與其存在狀態、擾動程度、工程類型密切相關。我國紹興地區在地質歷史上處于錢塘江南岸、紹興平原西部，典型地貌包括丘陵、平原、濱海3個基本單元，由于區內大小河流廣泛交錯、深淺湖泊星羅棋布而被稱為“水鄉澤國”[2]。這樣的地貌分布與水系發育特征造成紹興境內軟土廣泛分布并具有多模態特征。軟土的模態特征是指軟土層的厚度及其與其他土層的相對層位關系。以往對軟土的研究多集中于其形成機理、沉積過程、物理力學性質參數取值、勘察技術與措施等方面，針對紹興地區軟土工程性質、特別是地鐵軟土基坑工程響應方面研究較少[3]，這導致該地區深大基坑的加固措施及地表建筑物保護等方面經驗參考較少。本文采用現場監測方法，對紹興地鐵一號線高教園站基坑的變形特征及其影響因素進行研究，以探索該地區軟土基坑的變形規律，尤其是軟土存在對基坑變形的影響方式，服務于依托基坑的后期維護和后續該地區的深大基坑的建設。

1 基坑概況及監測點位

依托基坑位于紹興市柯橋區興越路與站前大道交叉口，車站為地下兩層，采用明挖順作法。基坑深15.91～19.19 m，該基坑在紹興建設歷史上屬較大規模基坑，長205 m、寬21 m。采用地下連續墻進行基坑的圍護，墻高36 m、壁厚0.8 m，深入基底標高以下18 m左右，開挖過程中為保證基坑邊坡安全，設5道內支撐，自上而下包括1道混凝土支撐和4道鋼支撐。基坑地層結構及標準段支撐體系如圖1所示，地層結構中的淤泥質黏土即本文所述軟土，開挖地層自地表而下依次為碎石填土、素填土、軟土(淤泥質黏土)、粉質黏土及黏土等，表1列出了各土層的主要物理力學參數。

圖1 紹興地鐵1號線高教園區標準段基坑支護體系意

本文的監測措施包括地下連續墻的測斜、冠梁的水平及數值位移監測、基坑外圍地表沉降。測斜管采用預埋方式，即綁扎于鋼筋籠上并澆筑于墻體。采用全站儀監測冠梁水平位移，采用電子水準儀監測地表沉降，監測點標識采用埋設

表1 紹興地鐵1號線高教園區站土體物理力學參數

標識物法。根據基坑邊界及緊鄰建筑物情況設計監測點的布設，如圖2所示。

圖2中DBC表示基坑周邊地表沉降監測斷面，如DBC1-1表示第一個監測斷面的第一個監測點。其中右線(基坑東段)DBC3斷面的4個測點距基坑邊緣的距離分別為 2.4 m、7.2 m、14.4 m、24 m，基坑左線DBC22斷面的5個測點分別距基坑邊緣2.4 m、7.2 m、14.4 m 、24 m、36 m；地下連續墻位移測點，繞基坑布設，間距約20 m，如圖2中的ZQT標識點，共計24個。

圖2 依托工程基坑變形監測點布置

2 監測結果規律分析

由于紹興市深大基坑施工經驗較少，本項目依據其他城市類似條件下的工程經驗和相關規范要求，設定的地下連續墻和地表沉降的累計變形黃色、橙色、紅色預警值分別為±35 mm、±42.5 mm和±50 mm。

該基坑地下連續墻測斜結果見圖3。由圖可知，各曲線形狀相同，起點和末點接近于0變形，最大變形基本處于相同深度，這說明測斜結果的可靠性，也說明了該基坑地下連續墻的變形是協調的，無畸變斷面，這和現場實際情況相符。圖3曲線表明，地下連續墻各斷面的變形均自地表向下逐漸增大，在地下15 m左右達到極大值，后又逐漸減小。地下15 m左右深度恰好為基坑底部，亦即，地下連續墻在基底處變形量最大，符合懸臂支擋(圍護)結構的受力和變形特點。這與邊坡(滑坡)的抗滑樁變形規律相同，說明基坑地下連續墻的設計可采用邊坡坡腳處設置的抗滑結構設計計算思想。這種變形規律也為基坑的支撐設置提供了依據，即可加強靠近基坑底部的一排支撐，以保證基坑的整體穩定。圖中數據還表明，地下連續墻最大變形發生在ZQT3、ZQT9和ZQT19測點處，向基坑內的位移分別達85 m、65 mm和75 mm,均達到紅色預警閾值，之后加強了支撐力度和地面監測巡視強度，保證了基坑的安全施工。經分析地質勘察報告，ZQT3、ZQT9和ZQT19處軟土厚度明顯大于其他觀測點位處(如ZQT11、ZQT12等)，且ZQT3處軟土厚土大于ZQT19處，除了軟土層厚度，ZQT3、ZQT9和ZQT19的其余地層結構與其他觀測斷面均類似。可見上述測點變形差異形成的主要原因在于軟土層厚度的不同。這是軟土基坑應引起重視的關鍵環節。

圖3 依托基坑工程圍護結構各測點測斜累計位移曲線

基坑之外一定范圍內的地表沉降曲線如圖4所示，其中圖4(a)、圖4(b)為地鐵右線及左線各監測斷面處測點地表沉降與其距基坑邊緣距離的關系曲線。

圖4 基坑外圍地表各測點累計沉降曲線

對比圖4中左線和右線沉降曲線可知，左線一側的最大沉降量僅有DBC23斷面超過紅色預警值50 mm，達到了52 mm，其余斷面各測點沉降值均低于黃色預警值35 mm,最大僅29 mm；而右線一側DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7斷面最大沉降值超過紅色預警值，尤其是DBC3、DBC4 2處斷面的沉降值達到了73 mm。可見，基坑兩側地表沉降也有顯著差異，這也與線右軟土層厚度大于線左的地質結構相吻合，進一步說明軟土層厚度對基坑變形的正相關影響。

圖4(a)表明，最大沉降發生的測點位置一般處于基坑邊緣之外10～20 m處，尤其是超過紅色預警的點位。綜合對比分析DBC3-7共5個斷面處沉降監測數據和地層結構，除了軟土層厚度與沉降量正相關外，還有一個明顯的現象，即軟土層越后，最大沉降位置越靠近基坑邊緣。地鐵軟土基坑開挖過程中，應加強基坑邊緣10～20 m的地表建筑物保護，并根據軟土層厚度進行詳細論證和計算。

具有高靈敏度的軟土隨開挖進行而圍壓降低，在此條件下，便會呈現出明顯的壓縮工程特性，表現為基坑邊坡的外鼓和基坑外圍地表的沉降。可壓縮層的厚度越大，上述卸圍壓導致土體壓縮的效應就會越明顯。可見，在軟土發育的城市進行地鐵等基礎設施的勘察設計時，應高度重視軟土的分布及其對建筑物的影響，做好針對軟土分布的精細化勘察，查明其厚度分布特征。

3 結論

(1)軟土基坑地下連續墻變形特性與懸臂類邊坡加固類似，應加強基底附近地下連續墻結構強度及附近的基坑支撐強度。

(2)在依托基坑的圍護和內支撐條件下，紹興地區軟土深大基坑的最不利沉降范圍距基坑開挖面10～20 m，統計最大沉降處位于距基坑邊緣15 m處，應加強該范圍內地表建筑的變形觀測和保護措施。

(3)軟土基坑中的軟土層厚度與基坑變形正相關，應加強軟土層分布特征的精細化工程地質勘察。