鄭艷，金鑫

（1.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 測繪遙感信息學(xué)院，廣東 廣州 510510；2.北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，北京 100101）

0 引言

現(xiàn)階段我國各大中城市都處在軌道交通建設(shè)的高峰期。由于大量的基坑工程位于繁華的市中心，基坑的開挖對圍護(hù)結(jié)構(gòu)和對周邊土體產(chǎn)生擾動并造成其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化對基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地表不可避免地造成影響?；庸こ淌┕ひl(fā)的環(huán)境影響問題已經(jīng)日益成為城市地下工程關(guān)注的熱點問題[1-2]。

1 項目概況

該車站基坑場地地貌屬海陸交互相沖洪積平原地帶，地形平坦。地面高程為3.6～4.2 m之間，周邊現(xiàn)狀為農(nóng)田、水塘，周邊無建構(gòu)筑物且無管線。車站采用明挖順做法施工。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.1 基坑開挖階段的劃分及監(jiān)測典型斷面的選取

該地鐵車站基坑底板澆筑完成后，監(jiān)測數(shù)據(jù)變形速率穩(wěn)定，選取有代表性并且累計變形較大的監(jiān)測斷面ZQT-02、ZQT-31，并選取相對應(yīng)的最大累計監(jiān)測點進(jìn)行分析。根據(jù)該地鐵車站基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)階段性變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后得出：

（1）土方開挖是圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形主要影響因素，占據(jù)了42-62%基坑開始土方開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體便開始受力變形?；觾?nèi)側(cè)卸去原有的土壓力，在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)則受到主動土壓力；由于總是開挖在前，支撐在后，所以在安裝支撐以前已發(fā)生一定的先期變形，土方開挖造成的變形量為總變形量的42-62%，可以看出土方開挖是變形主要影響因素；另外基坑開挖期間的周邊荷載特別是土方車的動載在一定程度上增加了墻后的土體壓力，加大了變形量。

（2）內(nèi)支撐施工時間的及時性對變形控制有一定的影響，占據(jù)了變形量5-13%車站基坑第一、二道支撐為混凝土支撐，第三道支撐為鋼管支撐。支撐施工的及時性、鋼支撐的預(yù)應(yīng)力是否能達(dá)到設(shè)計要求等因素對變形的發(fā)展控制有一定的影響。

（3）基坑土方開挖過程中停工導(dǎo)致基坑暴露造成的變形占據(jù)了10-14%左右基坑土方開挖過程中，即使架設(shè)支撐后并且基坑內(nèi)外側(cè)土壓力基本重新達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，但只要基坑底部沒有封閉，圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移的變形仍在緩慢發(fā)展。

（4）牛腿、地梁施工變形占據(jù)17-28%當(dāng)基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高后，因設(shè)計需要施工牛腿，且牛腿結(jié)構(gòu)施工的位置在連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，底板不能及時封閉，造成基坑較長時間的暴露。

2.2 同一監(jiān)測斷面地表沉降點數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測結(jié)果顯示在工序1即第一層土方開挖，工序6即第四層土方開挖，工序7即牛腿、地梁施工，工序8即底板澆筑完成，兩地表點沉降較大均達(dá)到25 mm左右，其中工序7在施工時DBC14-06沉降值達(dá)到28.73 mm。由此可見，引起基坑周邊地表沉降的主要因素主要來自于土方開挖。另外在第四層土方開挖后進(jìn)行牛腿和地梁的施工，加大了基坑開挖深度，延長了開挖面的暴露時間，致使在基坑施工牛腿和地梁時地表沉降值最大達(dá)到了28.73 mm，超出設(shè)計控制值。

關(guān)于地表沉降變形數(shù)據(jù)分析[3]：

（1）因為本區(qū)域地質(zhì)條件為深厚的軟土層，淺層土體是農(nóng)田及魚塘回填土，回填土密實度不夠，加上施工現(xiàn)場土方車等重型施工的碾壓，導(dǎo)致在開挖第二層土方時基坑周邊的地表就產(chǎn)生較大變形。由于軟土區(qū)域的深基坑不僅在施工階段因地層損失引起基坑周邊地層移動，而且由于地層移動使基坑周圍土體受到擾動，因此施工的后期即使在基坑底板結(jié)構(gòu)封閉后，地表沉降變化量的速率仍然比較大。

（2）在基坑土方開挖時周邊地表會出現(xiàn)沉降量增大的現(xiàn)象，且沉降變化量隨開挖面暴露時間、周邊荷載呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但是當(dāng)支撐架設(shè)完成和底板澆筑完成后，地表沉降能得到有效控制，地表沉降量回落到正常值以內(nèi)。

3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形理論模型計算與分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

本車站基坑共布設(shè)32根測斜管，在所有底板澆完后僅有ZQT-15、ZQT-16兩處測點未超出設(shè)計控制值40 mm（原設(shè)計控制值為29.9 mm，后經(jīng)過監(jiān)測預(yù)警分析會調(diào)整為40 mm），典型監(jiān)測斷面ZQT-02、ZQT31在底板結(jié)構(gòu)完成后變形量達(dá)到80-100 mm。

3.2 車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量計算模型

車站標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量計算采用典型斷面的土層，該斷面土層主要有人工填土、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、淤泥、微風(fēng)化砂巖。圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計算采用瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)為總應(yīng)力法，條分法中的土條寬度0.40 m。經(jīng)計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑底的嵌固深度在 24.72 m，計算最大水平位移29.97 mm，最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值1392.19 KN·m。支撐軸力計軸力（標(biāo)準(zhǔn)值）為：第一道 N=2725 kN，第二道 N=5108 kN，第三道 N=4201 kN。計算結(jié)果表明，整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks = 1.484＞1.35，滿足規(guī)范要求。最大水平位移 29.97 mm＜0.2% H=33.16 mm，且小于30 mm，圍護(hù)樁變形滿足規(guī)范要求。

借助于數(shù)值模擬與實際監(jiān)測結(jié)果相結(jié)合的方法，可以對深基坑工程整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較系統(tǒng)的分析。根據(jù)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形理論計算與實際變形值差異分析，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大側(cè)向變形位置與土質(zhì)情況、圍護(hù)體剛度、支撐系統(tǒng)剛度、基坑開挖深度等因素有關(guān)，圍護(hù)墻體厚度的選取和支撐的布置是關(guān)鍵。

在該基坑實例中，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)理論模型計算，墻體水平位移呈現(xiàn)“弓”形，圍護(hù)墻最大水平位移位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部向下13～15米處，最大水平位移29.97 mm。在實際監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)圍護(hù)墻深層水平位移曲線趨勢與理論模型一致，整體水平位移呈現(xiàn)“弓”字形，最大水平位移點發(fā)生在圍護(hù)墻中部左右位置[4-5]。

根據(jù)現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，基坑開挖過程中圍護(hù)墻體水平位移最大值遠(yuǎn)大于設(shè)計計算預(yù)設(shè)值，通過分析，實際情況與理論計算值出現(xiàn)數(shù)值區(qū)別的原因主要來自以下幾個方面：

（1）理論計算中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)各項巖土參數(shù)與現(xiàn)實情況不符，尤其是軟土的水平向反力系數(shù)的比例系數(shù)，也就是m值選取不合理；而m值的取值對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形計算影響大，如果采用勘察報告里m值系數(shù)為4，而相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗的取值為1～1.5；兩個取值分別計算出來圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量相差在一倍以上[6]。

（2）基坑開挖施工過程中坑內(nèi)降水沒有按照相關(guān)的規(guī)范及方案執(zhí)行，沒有按照隨挖隨降，而是在開挖之前就“一降到底”，地下水的抽排沒有達(dá)到設(shè)計效果，水土合算條件下主動土壓力增大，從而無法準(zhǔn)確地預(yù)估基坑施工的真實環(huán)境。按照目前的監(jiān)測經(jīng)驗，軟土區(qū)域的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在土方開挖前僅降水就有接近20 mm的變形。

（3）設(shè)計方案中采取的軟基三軸加固要達(dá)到0.8-1.2兆帕的強(qiáng)度。但在實施過程中三軸加固在淤泥質(zhì)土中加固效果一般，往往達(dá)不到設(shè)計方案中的強(qiáng)度要求，也不能達(dá)到控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的目的。

4 結(jié)語

（1）由于施工順序總是土方開挖在前支撐在后，如果在土方開挖后沒有及時架設(shè)支撐導(dǎo)致開挖面暴露的時間過長，在支撐架設(shè)并且加載后圍護(hù)墻體的變形已經(jīng)接近完成，此時的圍護(hù)墻的水平位移數(shù)值已經(jīng)較大并且趨于穩(wěn)定，就會使支撐的作用僅為阻止圍護(hù)墻體的進(jìn)一步變形，無法達(dá)到控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的效果，施工單位應(yīng)該合理安排工序，及時架設(shè)支撐，達(dá)到控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的目的。

（2）施工單位在基坑開挖前的坑內(nèi)降水，要嚴(yán)格按照降水方案，隨挖隨降，杜絕一降到底；在基坑開挖前坑內(nèi)降水的環(huán)節(jié)減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量。

（3）基坑土方開挖時造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周邊地表沉降占據(jù)了全部變形量的一半左右，開挖方式的選擇，應(yīng)遵循“沿規(guī)定的開挖次序逐段開挖；每個開挖段中分層分小段開挖、隨挖隨撐、及時施加預(yù)應(yīng)力”，嚴(yán)禁進(jìn)行大面積開挖。

（4）基坑開挖施工期間，嚴(yán)格控制基坑周邊荷載的超載，控制臨近基坑周邊物資的堆放等。在土方車等重型施工機(jī)械頻繁通過的地段應(yīng)鋪設(shè)走道板或者進(jìn)行地基加固。

（5）基坑土方開挖過程中的停工以及達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后施工牛腿等造成的基坑長時間暴露占據(jù)了30%～40%左右的變形量，建議后期在軟土區(qū)域內(nèi)的各基坑設(shè)計方案及施工方案應(yīng)以縮短基坑暴露時間為原則，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體及周邊地表的變形。

（6）設(shè)計單位在總結(jié)以往的工程經(jīng)驗基礎(chǔ)上，應(yīng)合理選擇設(shè)計參數(shù)。尤其是軟土區(qū)域的基坑設(shè)計要對軟土的水平反力系數(shù)的比例系數(shù)（m）值的取值更加合理，從而給出合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形設(shè)計控制值。

（7）基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、地表沉降以及坑內(nèi)基底隆起三項數(shù)據(jù)往往有密切的相關(guān)性，應(yīng)在有條件情況下增加坑底隆起的監(jiān)測項目，更全面地分析基坑開挖施工期間的周圍巖土體的變形情況。