復雜環境下深大基坑施工變形監測與分析

謝列平，高銳斌

(深圳機場航空城發展有限公司,廣東 深圳 518128)

0 引言

城市中心進行建筑工程基坑施工時,會對周邊建筑、高架橋和地鐵車站產生一定的影響,如果在施工過程中支護措施不合理,可能會釀成工程事故,因此基坑支護技術是基坑開挖過程中的關鍵技術[1-2]。

任曉敏[3]選取濱海地區地鐵車站深基坑開挖進行實時監測,并運用Midas GTS NX軟件建立三維數值模型進行分析,結果表明:樁體深層水平位移-深度變形曲線呈現“弓”形。王錦濤[4]研究花崗巖地區不同深基坑開挖進程中地表沉降變形、底部土體隆起變形、深基坑內支撐穩定性和連續墻及墻后土體變形的演化規律,結果表明地表土體受基坑開挖引起的變形規律呈“拋物線型”。韓旭等[5]采用計算流體動力學和離散元耦合的方法,研究了深厚砂土層地區基坑開挖降水變形規律。王龍[6]、張彥彬[7]針對軟土地區填土線型深基坑開展有限元模擬,分析了不同圍護樁插入比以及加固條件下坑底回彈變形和地表沉降的分布規律。

雖然國內外學者已開展了一定深基坑的研究工作,但對于復雜地質環境下深大基坑研究較少,其受力變形特性尚未明確。因此,本文深圳機場站前綜合配套保障用房項目基坑支護工程案例,通過現場監測的手段,研究復雜地質環境下深大基坑在開挖過程中的受力和變形特點,以便更好地指導工程設計與施工。

1 工程概況

1.1 場地位置

基坑南、北側分別為空港二道、空港六道,東西側為領航六路、領航四路。基坑范圍分布有電力、電信、雨水、給水、污水、燃氣等管線。項目基坑開挖面積約26 247.3 m2,支護周長約659 m,基坑開挖最大深度為8.9 m(見圖1)。

1.2 巖體地層

本工程基坑開挖范圍內以素填土、砂質粉土、花崗巖,并存在淤泥及砂層等不良地質條件。根據基坑的實際開挖情況,所揭示土層情況如下:

②填砂:白、黃褐色,松散—稍密,主要為石英質顆粒,局部含少量貝殼碎屑,黏粒含量約10%～15%,填海造路沖填形成。人工回填砂分選性好,顆粒形狀多樣,呈松散—稍密狀,回填時間總體10 a以上,已完成自重固結。巖芯采取率約85%～90%。

⑤強風化混合花崗巖(Jx-Qby):褐紅、褐黃、肉紅色,風化劇烈,原巖結構大部分破壞,巖芯呈堅硬土狀或土夾碎石狀,浸水后易軟化崩解。該層屬極軟巖,巖體極破碎—破碎,巖體基本質量等級為Ⅴ類。巖芯采取率約80%～90%。

⑥中風化混合花崗巖(Jx-Qby):褐黃、灰白色,裂隙發育,裂隙面鐵染嚴重,巖芯呈碎塊狀及短柱狀,粒徑2 cm～6 cm,節長8 cm～12 cm,巖芯采取率約70%～75%。該層屬軟巖—較硬巖,巖體較破碎—破碎,巖體基本質量等級為Ⅳ類—Ⅴ類。

1.3 監測方案

為研究基坑開挖過程中的穩定性,通過基坑及四周布設位移沉降監測點、支護結構位移變形點、基坑地下水位變化規律來監控。其中在整個基坑周圍共布設了基坑周邊點共計12個,編號分別為DC1—DC12,其中基坑的東西南北四個方位均布設3個測點;道路地下管線位移測點6個,編號為GX1—GX6;支護結構水平位移及豎向位移監測點共計34個,編號分別為WY01—WY34;地下水位監控孔8個,編號分別為SW01—SW08;基坑各測試點平面布設圖如圖2所示。

2 基坑及周圍土體變形實測結果分析

2.1 道路及地下管線變化規律

在基坑開挖過程中對周邊道路及地下管線的影響主要變現為沉降變形,通過對周邊及地下管線的沉降變形隨時間變化規律來分析基坑開挖的穩定性。基坑周邊道路累計沉降如圖3—圖6所示。位移正值表示道路上抬隆起、位移負值表示道路沉降變形。

由圖3—圖6可知,基坑在開挖過程中,道路沉降隨時間變化為呈先增大-緩增-陡增的關系,沉降變形為5 mm～8 mm。在開挖開始時位移變形較大,主要是由于剛開挖時支護結構尚未支護,因此變形較為明顯。當支護結構施加完成后,基坑開挖過程中的變形顯著減小,當開挖到下部時,基坑的位移又顯著增大,表明基坑下部土體的開挖對基坑的周邊道路變形影響顯著。其中基坑西側的道路累計沉降變形為8 mm,變形最顯著,但未超過基坑道路沉降變形36 mm,小于預警值,基坑變形屬于允許變形范圍內。

基坑開挖對周邊地下管線的影響也明顯,因此也監測了周邊地下管線的沉降變化規律,選取了西側的AB,BC兩段區域的地下管線的累計沉降分別如圖7,圖8所示。

由圖7,圖8可知,基坑在開挖過程中,周邊地下關系沉降隨時間變化為呈緩增-陡增的關系,沉降變形為5 mm左右。在開挖上部土體時,支護結構的變形顯著較小,當開挖到下部時,管線的沉降位移又顯著增大,表明基坑下部的開挖對基坑的變形影響顯著。其中GX2變形最顯著,累計變形達到5.2 mm,但未超過基坑道路沉降變形28 mm,小于預警值,管線沉降屬于允許變形范圍內,對既有管線影響不大。

2.2 水位變化規律分析

分析基坑開挖施工過程中監測基坑外地下水位變化規律,基坑周圍地下水位變化曲線如圖9所示。

由圖9可知,在基坑開挖過程中,各測點的水位波動幅度較大,整體地下水位下降,部分區域水位上升。其中SW1水位變化較為顯著,累計變化最大值為900 mm,但均小于預警值3 500 mm,開挖過程中基坑水位處于預警范圍內,降水效果良好。

2.3 支護結構位移結果分析

支護結構的位移也更全面地反映了基坑支護后的穩定性,支護結構的水平位移和沉降位移變化規律如圖10,圖11所示。

由圖10可知,在基坑開挖過程中,各支護結構水平位移變化幅度較大,其中變形最為顯著的為WY19,累計水平位移最大值為4.9 mm,但均小于預警值48 mm,基坑開挖過程支護結構處于穩定。

由圖11可知,在基坑開挖過程中,各測點的支護結構豎向位移變化幅度較小,累計豎向位移最大值僅為0.8 mm,均小于預警值48 mm,開挖過程中支護結構豎向位移處于穩定。因此,基坑開挖過程主要對支護結構的水平位移影響顯著。

3 結論及建議

本文基于深圳機場站前綜合配套保障用房項目基坑支護工程的現場實測數據,研究了在復雜環境下深基坑開挖對基坑周圍深層土體位移、地表沉降和周圍構筑物的沉降規律,主要得到以下結論:

1)道路沉降隨時間變化為呈先增大-緩增-陡增,基坑下部土體的開挖對道路沉降變形影響顯著,最大沉降為8 mm,道路沉降小于變形閾值。其中既有管線最大沉降達到5.2 mm,但遠小于預警值變形28 mm,對既有管線影響不大。

2)地下水位累計變化最大值為900 mm,但均小于預警值3 500 mm,開挖過程中基坑水位處于預警范圍內,降水效果良好。

3)后期加強支護結構的軸力監測,綜合支護結構變形與軸力綜合反映基坑開挖的穩定性。