軟土地區(qū)深大基坑開挖監(jiān)測及變形應(yīng)急處理研究

朱亞睿，李俊杰

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院有限責任公司，浙江 杭州 310002)

某排水泵站位于杭州市，工程任務(wù)是增加太湖流域水環(huán)境容量，促進杭嘉湖東部平原河網(wǎng)水體流動，提高向杭州灣排水能力，改善流域和杭嘉湖東部平原水環(huán)境，提高流域和區(qū)域防洪排澇和水資源配置能力，為Ⅰ等工程，泵站設(shè)計排水流量200m3/s，位于杭州市錢塘江北岸海塘上(1級海塘)，系堤身式泵站。本工程泵站基坑最大開挖深度為18.80m，基坑周邊環(huán)境較復雜，基坑設(shè)計等級為一級。基坑工程[1- 9]施工過程受荷載變化及地下水活動影響，施工區(qū)域及周邊易產(chǎn)生形變，若置之不理，可能導致坍塌，造成施工安全事故，本文針對軟土地區(qū)某泵站深大基坑開挖的工程地質(zhì)特點，介紹了基坑監(jiān)測點的布置方式，分析了雨季過后局部監(jiān)測點超報警性或預(yù)警值的原因，并提出了加強基坑穩(wěn)性定的措施。

1 基坑施工監(jiān)測概況

基坑支護采用水泥攪拌樁—基坑開挖—砼灌注樁支護—基坑開挖的工序進行，其中泵站左右岸基坑支護采用上部放坡開挖，下部采用單排灌注樁的支護方式，上游引河及排水箱涵基坑采用大開挖方案。主要監(jiān)測項目包括圍護樁頂沉降及位移監(jiān)測、圍護樁體變形監(jiān)測、圍護樁水平支撐應(yīng)變監(jiān)測、坡頂沉降位移監(jiān)測、坡頂深層水平位移監(jiān)測、周邊建筑物豎向位移監(jiān)測、周邊建筑物深層水平位移監(jiān)測和地下水位監(jiān)測。通過監(jiān)測隨時掌握周邊土體的變化情況，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)計預(yù)估值進行對比分析，以判斷施工工藝和施工參數(shù)是否要修改，優(yōu)化下一步施工參數(shù)，為施工開展提供及時的反饋信息，達到信息化施工的目的，基坑平面位置及監(jiān)測點分布如圖1所示，編號JZ代表建筑物沉降監(jiān)測點，WY為地表沉降監(jiān)測點，SW為水位監(jiān)測點，CX為測斜監(jiān)測點。

圖1 基坑平面位置及監(jiān)測點布置示意圖

2 基坑工程地質(zhì)概況

工程區(qū)屬錢塘江沖海積區(qū)，地形平坦開闊，地面高程一般5.5～7.0m。由于沉積環(huán)境的不斷變遷，土層分布不均勻，在水平及垂直方向上都有相變現(xiàn)象，土層結(jié)構(gòu)較為復雜。主要土(巖)層自上而下可分為：Ⅰ層由粉土、粉質(zhì)粘土等組成的人工堆積層；Ⅱ?qū)由悦埽械取蛪嚎s性砂質(zhì)粉土，局部夾淤泥透鏡體；Ⅲ層高壓縮性淤泥質(zhì)土與稍密砂質(zhì)粉土互層；Ⅴ層中等壓縮性含泥粉砂；Ⅶ層可塑～硬塑，中等壓縮性粉質(zhì)粘土、粘土；Ⅸ層軟塑，中等壓縮性粉質(zhì)粘土，Ⅹ層中密～密實含泥砂礫石夾含泥粉細砂；Ⅺ層可塑，中等壓縮性含碎石粉質(zhì)粘土；Ⅻ層紫紅色弱風化～微風化泥質(zhì)粉砂巖。

泵站底板開挖高程約為-9.8m，位于Ⅱ?qū)由百|(zhì)粉土上，距Ⅲ1層淤泥質(zhì)土與砂質(zhì)粉土互層頂板約3.5～5.0m，下伏Ⅲ2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土以及Ⅲsil層淤泥為軟弱下臥層，土質(zhì)不均，厚度大，為高含水量、低強度的高壓縮性軟土，物理力學性質(zhì)差，對建筑物的變形和沉降起控制性作用，故本工程主體建筑物采用三軸攪拌樁支護，底高程約-20m。組成基坑邊坡的土體主要為砂質(zhì)粉土，屬中等透水性～弱透水性，且臨近錢塘江，地下水位較高。由于開挖深度大，除了自身穩(wěn)定問題，還存在基坑滲水和發(fā)生滲透變形的問題，開挖時同時開展截滲排水和基坑圍護工作。

3 基坑監(jiān)測變形基本情況

該泵站經(jīng)歷持續(xù)雨水天氣后，經(jīng)基坑監(jiān)測單位反饋的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實際情況，泵站主基坑局部位置變形過大，基坑各監(jiān)測點超預(yù)警值或報警值數(shù)據(jù)成果統(tǒng)計結(jié)果見表1—3，基坑外水位監(jiān)測點SW2、SW3、SW5、SW6、SW7、SW8、SW12、SW14、SW16、SW18、SW19、SW6- 2累計變量報警，土體深層水平位移監(jiān)測點CX- 02、CX- 05、CX- 06、CX- 06- 2累計值報警，地表沉降監(jiān)測點WY- 5、WY- 6、WY- 7累計值報警。其中基坑東側(cè)路面的沉降量累計最大值達到34mm(WY- 05孔)，相應(yīng)地表水平位移累計數(shù)值較小，最大3.8mm(WY- 12)。基坑東側(cè)的4層和6層建筑物各設(shè)10個和8個測點，離基坑最近的4層建筑物的最大沉降量累計達到28mm(JZ1)，6層建筑物的最大沉降量累計達到29mm(JZ12)。基坑水位監(jiān)測點12組報警(水平日變化500mm，累計800mm預(yù)報警，累計超過1000mm報警)，累計變化最大的達到8520mm。基坑土體深層水平位移監(jiān)測點4處報警(日變化3mm，累計35mm預(yù)報警，累計超過45mm報警)，基坑東側(cè)累計最大值達到71mm(CX- 06孔)，65mm(CX- 05孔)。

表1 建筑物沉降監(jiān)測點數(shù)據(jù)超預(yù)警值統(tǒng)計 單位：mm

表2 地表沉降監(jiān)測點數(shù)據(jù)超預(yù)警值統(tǒng)計 單位：mm

表3 水位監(jiān)測點數(shù)據(jù)超預(yù)警值統(tǒng)計 單位：mm

同時主基坑東側(cè)混凝土路面出現(xiàn)較大沉降和裂縫，基坑東側(cè)4層樓對應(yīng)放坡開挖二級平臺出現(xiàn)微隆起和裂縫。因項目復工在即，為后續(xù)創(chuàng)造安全的施工環(huán)境，并滿足工程基坑監(jiān)測報警后消警的建設(shè)程序，特對主基坑局部位置變形過大進行分析并提出合理的處理方案。

表4 測斜監(jiān)測點數(shù)據(jù)超預(yù)警值統(tǒng)計 單位：mm

4 基坑變形原因分析及地質(zhì)雷達探測

4.1 建筑物和地表沉降原因分析

根據(jù)水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，位于基坑外側(cè)東面的SW6地下水位2.62m(高程3.62m)，南側(cè)的SW7和SW8地下水位分別為地面以下1.35m(高程4.75m)和1.18(高程4.99m)，從SW6地下水位一段時間以來的時間序列分析，SW6地下水位普遍低于場地天然地下水位1.5m左右。SW6地下水值偏低原因是多方面，有施工冷縫、地下繞滲等原因造成水位降落漏斗。

SW6所在基坑東側(cè)水位下降是地表沉降變形和建筑物沉降的主要原因，而6層樓變形值較小(1處報警)分析地基采用樁基處理有關(guān)。由于坑外側(cè)地下水位降深從現(xiàn)有資料分析，降幅不大，后期地表及建筑物沉降繼續(xù)增大的可能性較小。

4.2 測斜原因分析

02孔與05孔基本位于同一區(qū)域，02孔冠梁頂變形達52mm，05孔頂65mm，高差約10m，且-3.40平臺寬度較窄，所以形成整體蠕動，但邊坡有土釘作用，所以可以分析上部邊坡變形相對較小是合理的。

06孔頂45mm，邊坡-1.0平臺處最大約70mm，高差約10m，對比后可以分析上部邊坡-1.0平臺位置存在突變，結(jié)合地下水變化情況可能有一定的滲土量。

4.3 變形原因小結(jié)及地質(zhì)雷達探測

經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和天氣初步研究，從1月中旬開始，發(fā)生多日連續(xù)降雨，特別是1月下旬工地放假后，發(fā)生連續(xù)4日中雨天氣，加上路面和坡面裂縫較多未及時修復造成雨水下滲量加大，局部位置可能存在滲漏土的可能，使得邊坡上土壓力增大，土體力學性能降低，引起基坑邊坡滑動和坡頂沉降。考慮到環(huán)基坑東側(cè)路面局部出現(xiàn)明顯沉降，為了解地下是否存在明顯砂土流失而造成的不密實脫空空洞等不良地質(zhì)情況，在東側(cè)路面中心位置附近布置由南至北的地質(zhì)雷達測線一條，長度約130m，采用500MHz屏蔽天線，連續(xù)測量方式，疊加次數(shù)64次。基坑東側(cè)道路地質(zhì)雷達典型探測成果如圖2所示，雷達剖面局部反射波振幅較強，同相軸連續(xù)性差，局部伴隨一定程度多次反射現(xiàn)象(雷達剖面圖2中方框標注)，推測測區(qū)道路下部土體在深度小于2m范圍內(nèi)局部可能存在不密實、輕微脫空或脫空的現(xiàn)象。

圖2 為基坑東側(cè)道路地質(zhì)雷達典型探測成果

5 基坑變形處置建議

針對基坑東側(cè)部分沉降、測斜位移出現(xiàn)報警等問題，擬采取如下措施：

(1)由監(jiān)測單位加密監(jiān)測頻率，東面環(huán)基坑道路沉降較大區(qū)域進行取孔探明下部砂土流失情況，根據(jù)探明情況如有流失則進行泥土灌實或灌水泥漿填實，并觀察管井抽排水有否帶沙現(xiàn)象。

(2)對進出水池擋墻區(qū)域現(xiàn)開挖過低位置采用回填鎮(zhèn)壓，以減少排樁的變形和控制錨索受力在設(shè)計值范圍內(nèi)，同時盡快完成剩余底板的澆筑。

(3)整修基坑外側(cè)排水措施，修復基坑破碎護面，具體如下：①部隊家屬樓西側(cè)施工道路邊排水溝有10m左右沉降偏多，采取拆除重做，同時對排水溝做好防滲措施。②臨時施工道路、坡面等出現(xiàn)裂縫處全部采用水泥漿進行灌縫、灌實，面層用瀝青封堵。③四層樓西側(cè)與臨時施工道路間散水砼沉降破損嚴重處，拆除后重新澆筑80mm砼，面積約為30m2左右；四層樓南側(cè)小臺階破損拆除重做，臨時道路分縫開裂處采用水泥漿灌縫、灌實。④對基坑邊坡坡角等位置到目前仍未采取有組織排水的，立即進行整改；對現(xiàn)有排水溝及原有排水系統(tǒng)進行排查，確保基坑排水能有效排出。

(4)土釘段護坡底部(-3.4m高程以上部分)出現(xiàn)噴砼護坡拱起斷裂，在-3.4～1.2m高程護坡進行加固措施及恢復噴砼護坡。

(5)嚴格按圍護設(shè)計方案控制基坑周邊動、靜荷載，東面基坑道路限制重車行走。加強降排水的管理工作，加強現(xiàn)場巡視巡查，落實人員對裂縫等及時進行修補。其中4層樓區(qū)域內(nèi)增設(shè)水位觀測井及降水備用井。

(6)以上措施落實后如變形仍不收斂，則進一步采取如削坡卸荷、坡腳鎮(zhèn)壓等方式進行加強。

(7)編制相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，落實控制繼續(xù)變形的措施，按重大危險源的相關(guān)規(guī)定進行安全管理。

6 結(jié)論

本文介紹了某大型泵站工程地質(zhì)概況及對應(yīng)深大基坑的設(shè)計穩(wěn)定計算流程，根據(jù)坑外水位監(jiān)測土體深層水平位移監(jiān)測地表沉降監(jiān)測等動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)成果，結(jié)合地質(zhì)雷達探測成果，分析了基坑局部變形的原因，并提出了對應(yīng)的變形處理措施，方案實施后基坑變形收斂，得出如下結(jié)論：

(1)基坑動態(tài)監(jiān)測工作是保障施工安全的重要手段，在出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)超預(yù)警值時，宜加密監(jiān)測頻率，并加強基坑排水措施，同時在地表沉降較明顯的區(qū)域控制工程車的載重量。

(2)地質(zhì)雷達能快速圈定環(huán)基坑道路路面下方隱伏不良地質(zhì)電磁異常的平面分布，在重點異常區(qū)域結(jié)合鉆探與孔內(nèi)灌漿的處理方式可快速處理路面下部的砂土流失。

未來可考慮對降雨量進行統(tǒng)計，進一步研究地下水位的變化、基坑變形和建筑物沉降之間的相關(guān)性規(guī)律。