基坑開挖引起土體變形及管線沉降實測分析

何曉東

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001）

隨著我國城市化進程的推進，城市用地日益緊張，基坑朝著更大、更深、更密的方向發展，而基坑開挖不可避免的會引起地表和周邊建筑沉降。而在高水位、砂土、粉土地區，由于土體強度較弱，且可能存在不明流水通道，在基坑開挖過程中容易發生管涌、土體嚴重偏移、圍護結構失穩等工程災害，若得不到有效的控制，很可能會造成工程事故。

雖然很多學者對基坑開挖引起的地表沉降進行了相關的研究，但主要是針對軟土、黃土、黏土以及復合地層進行研究，對于高水位、砂土、粉土地層的研究較少。文章依托杭州地鐵9號線一期工程四堡停車場基坑工程監測數據，對基坑開挖引起的地表沉降、建筑物沉降、土層深層水平位移的變性特點進行分析，為類似的工程提供參考。

1 工程概況

四堡停車場基坑分為兩期施工，其中運用庫基坑、咽喉區及區間風井1-3 軸～2-13軸基坑為一期施工，基坑開挖深度12.334~15.374 m，無地上結構。綜合考慮基坑深度、周邊環境及場地特性，基坑采用1 000 mm厚地下連續墻+內支撐的圍護結構體系，標準段地下連續墻長度為27.8 m，局部深坑段地下連續墻長度為30.8 m。墻底位于礫中砂、中砂層，采用工字鋼接頭。地下連續墻的入土深度根據基坑的開挖深度，結合場地的地質條件，按坑底抗隆起，墻底抗隆起，抗滲流，抗管涌和整體穩定性等要求進行驗算，最終確定標準段地下連續墻插入比約為1.300；盾構井和電纜夾層地下連續墻插入比約為1.225。基坑開挖在加固土體達到設計強度、冠梁支撐施工完成并達到設計強度的85%（棧橋板位置需達到100%）之后開始開挖，開挖前需提前降水，并降至開挖面以下1 m后。1-4 軸~1-11 軸采用一道混凝土支撐+兩道鋼支撐（其余部分均采用三道砼支撐）。基坑周邊環境示意圖見圖1。

圖1 基坑周邊環境示意圖

1.1 工程地質與水文地質條件

本工程位于杭州市江干區，根據勘察報告地層自上而下依次為素填土、砂質粉土、砂質粉土夾粉砂、砂質粉土、粉砂、砂質粉土、含砂粉質黏土、含礫中砂、中砂，具體物理力學指標如表1所示。場地附近現狀河道主要為引水河，距離本場地約450 m，本場區潛水的地下水位埋深為1.10~4.60 m。承壓水主要分布于⑨3層含礫中砂、?2層中砂、?4層圓礫及?3層圓礫層中，承壓水水位埋深為9.10~10.58 m，基坑開挖過程中存在坑底突涌的可能性。

表1 地層物理力學性質表

1.2 監測方案

圖2給出了監測點分布情況，對斷面1~17設置4~5個測點監測地表沉降，測點距離分別為2.5 m、5 m、7.5 m、7.5 m、7.5 m，采用測斜管監測上述斷面的坑外土體位移；TST為深層土體位移監測點，DX和DL分別為通信和電力監測點，為便于識別，圖2僅給出了距離基坑較近的幾個典型管線監測點。

圖2 測點分布圖

2 監測結果

文章主要對地表沉降、深層土體位移、管線沉降進行分析。為了全面分析地表位移，選取基坑周圍四個邊處的監測斷面，即斷面1、4、8、9進行分析；取TST1、TST2、TST13、TST14幾個監測點分析深層土體水平位移，選取DX3、DX5、DX7、DL5分析管線沉降。

2.1 地表沉降

基坑施工過程中，地連墻周圍的土體沉降如圖3所示，由圖可知，隨著基坑施工的進行，地表沉降逐漸增加，頂板施工完成后，地表沉降逐漸穩定；四個監測斷面的最終累計沉降峰值分別為3.7 mm、10.4 mm、12.4 mm、10.0 mm，均小于建筑基坑工程監測技術規范規定的二級基坑周邊地表豎向累計位移規定的50~60 mm。在基坑開挖階段四個監測斷面的沉降峰值分別為1.4 mm、6.9 mm、7.1 mm、9.0 mm，分別占最終地表沉降的37.8%、66.3%、57.2%、90.0%。地表沉降主要發生在基坑開挖階段。

圖3 坑外地表沉降

監測斷面8和監測斷面9的變形比較規律，均為先增加再減小，且減小的速度逐漸降低，此結果與鄭杰明等和黃敏等結果呈現出相似的規律，也證明了監測手段的可靠性。

監測斷面1和監測斷面4的分布規律較為反常，這可能是由于測點較少，數據離散而未表現出明顯的規律；此外，施工因素，天氣等原因也會造成一定的影響；在監測斷面4處，距地連墻距較遠時地表沉降反而變大，與鄭杰明等和黃敏等的研究成果并不一致，這是由于基坑的形狀不規則，在圖2中，監測斷面4的下方尚有一段基坑，受該段基坑施工的影響，呈現出了上述特點。

2.2 土體深層水平位移

施工過程中土體深層水平位移如圖4所示，由圖可知，土體深層水平位移隨深度近似拋物線分布，底板施工過程中產生的位移較小，頂板施工過程中產生的位移稍大，而頂板施工結束后深層土水平位移基本穩定。第三層土體開挖之后產生的位移峰值分別為10.8 mm、12.2 mm、13.2 mm、11.9 mm，最終監測累計位移分別為14.6 mm、13.6 mm、16.13 mm、14.8 mm，土體開挖過程中產生的位移峰值分別占最終位移的74.0%、90.0%、81.8%、80.4%，因此深層土體位移同樣主要發生在基坑開挖階段。

圖4 土體深層水平位移

2.3 管線位移

選取距離基坑較近的管線監測點行分析管線沉降，其中光纖管線監測點DX3、DX5距離基坑監測點垂直距離分別為11.15 m、12.23 m，電力管線監測點DL5與基坑垂直距離為17.35 m。圖5為管線沉降情況，每條線的點依次代表施工過程的各個節點。由圖可知幾個監測點的最終累計沉降分別為3.4 mm、12.8 mm、9.7 mm、15.1 mm，在城市軌道交通工程監測技術規范的要求的10~40 mm范圍之內。

圖5 管線沉降監測情況

3 結論

文章對杭州地鐵9號線一期工程四堡停車場基坑的監測數據進行分析，結果表明：

（1）在基坑施工過程中，坑外地表沉降隨著與地連墻距離的增加呈現出先增加后減小的趨勢，且減小的速度逐漸降低，沉降主要發生在基坑開挖階段。

（2）深層土體水平位移隨深度近似拋物線分布，且主要發生在基坑開挖階段。

（3）地表沉降、深層土體水平位移和管線沉降均在規范要求范圍之內，表明支護效果較好。