陳金輝

（上海海洋地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)有限公司，上海）

引言

軟土主要包括淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土，由軟土組成的地基即軟土地基。由于軟土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高及抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，基坑土方開(kāi)挖后圍護(hù)結(jié)構(gòu)在外側(cè)水土作用下極易向坑內(nèi)位移，引起坑外市政管線及建構(gòu)筑物的沉降，基坑底板澆筑完成后坑外環(huán)境變形仍會(huì)持續(xù)，軟土具有較強(qiáng)的流變特性[1-4]，一旦被擾動(dòng)后將需要較長(zhǎng)的時(shí)間完成應(yīng)力調(diào)整，對(duì)坑周環(huán)境的安全是極為不利的，因此在基坑土方開(kāi)挖施工過(guò)程中及底板澆筑完成一段時(shí)間內(nèi)均應(yīng)實(shí)施監(jiān)測(cè)工作，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全，尤其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制[5]，變形量的大小決定了基坑本體及周邊環(huán)境的變形量。本文對(duì)上海地區(qū)某深基坑施工監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行了全面分析及研究，旨在為類(lèi)似工程安全施工提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 工程概況

某深基坑平面尺寸為8 m×4 m，開(kāi)挖深度11.5 m，采用灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，灌注樁樁長(zhǎng)25 m；樁外設(shè)置雙排高壓旋噴樁作為止水帷幕?；友刎Q向設(shè)置3 道型鋼支撐。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 地基土構(gòu)成

場(chǎng)地地基土構(gòu)成見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)地地基土構(gòu)成

1.2.2 承壓水

場(chǎng)地分布的承壓水為③t、⑤2層微承壓水及⑦層承壓水，對(duì)于⑦層埋深較大，根據(jù)最不利條件初步估算，以⑦層層面最淺埋深30.60 m，微承壓水水頭埋深3.0 m，發(fā)生水土突涌的臨界開(kāi)挖深度約為14.50 m，故本基坑不存在承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 周邊環(huán)境

考慮到場(chǎng)地地質(zhì)條件以軟土為主，監(jiān)測(cè)工作實(shí)施前對(duì)基坑周?chē)? 倍范圍內(nèi)的環(huán)境做了詳細(xì)調(diào)查，基坑周邊主要分布有1 層混凝土結(jié)構(gòu)建筑物、河道橋梁、河道防汛墻、給水及信息管線。其中1 層廠房建筑位于基坑北側(cè)，與基坑凈距約12.24 m；橋梁位于基坑?xùn)|南側(cè)，與基坑凈距約11.62 m；河道防汛墻位于基坑?xùn)|側(cè)，與基坑凈距僅1.72 m；￠500 給水管位于基坑南側(cè)，與基坑凈距約6.7 m。

2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

本基坑開(kāi)挖深度為11.5 m，安全等級(jí)為二級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)，綜合基坑安全等級(jí)及環(huán)境保護(hù)等級(jí)判定本基坑的監(jiān)測(cè)等級(jí)為二級(jí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)進(jìn)行設(shè)置。

本基坑設(shè)置了灌注樁深層水平位移、圍護(hù)頂部豎向及水平位移、支撐軸力、坑外地下水水位、坑外地表豎向位移、周邊管線及建構(gòu)筑物豎向位移等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之間形成監(jiān)測(cè)斷面，以綜合分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)及成果的準(zhǔn)確性與可靠性。

基坑本體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

圖1 基坑本體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3 監(jiān)測(cè)成果及分析

3.1 灌注樁深層水平位移監(jiān)測(cè)

灌注樁圍護(hù)具有剛度大、施工影響小等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于開(kāi)挖深度在15 m 以下的深基坑?；油练介_(kāi)挖后，灌注樁兩側(cè)明顯壓力差，在坑外水土荷載共同作用下灌注樁逐漸向坑內(nèi)位移，由于本基坑平面尺寸小，空間效應(yīng)的影響較小，鋼支撐的安裝速度較快，大大削弱了基坑暴露引起的時(shí)間效應(yīng)，加之灌注樁自身具有較大的剛度，土方開(kāi)挖過(guò)程中引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形總體不大，底板澆筑完成后灌注樁最大深層水平位移僅14.02 mm，遠(yuǎn)小于類(lèi)似深度的深基坑變形量。基坑底板澆筑后，隨著混凝土強(qiáng)度的快速增長(zhǎng)，底板自身的板撐作用發(fā)揮明顯，快速抑制了灌注樁向坑內(nèi)的位移；支撐拆除過(guò)程中，坑內(nèi)外應(yīng)力平衡再次改變，灌注樁向坑內(nèi)產(chǎn)生了少量位移，監(jiān)測(cè)末期灌注樁向坑內(nèi)的水平位移已收斂。各工況P2 孔深層水平位移曲線見(jiàn)圖2，監(jiān)測(cè)末期各測(cè)孔最大累計(jì)位移量見(jiàn)表2。

圖2 各工況P02 深層水平位移曲線

表2 監(jiān)測(cè)末期圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移統(tǒng)計(jì)

可以看出，各工況下基坑長(zhǎng)邊的灌注樁深層水平位移較短邊要大，主要因?yàn)榛悠矫娉叽缧?，在坑周相同荷載作用下長(zhǎng)邊更易產(chǎn)生水平位移。監(jiān)測(cè)末期各測(cè)孔的最大水平位移均位于坑底以上部位，主要與坑底高壓旋噴加固有關(guān)，坑底滿堂加固后有效提高了被動(dòng)區(qū)水平抗力，基坑開(kāi)挖到底后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移量相應(yīng)發(fā)生在未進(jìn)行加固的坑底以上部位，可見(jiàn)坑底加固對(duì)減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總體變形及變形部位均有調(diào)節(jié)作用。

3.2 圍護(hù)頂部豎向位移監(jiān)測(cè)

基坑土方開(kāi)挖是坑內(nèi)卸荷的過(guò)程，一般會(huì)使圍護(hù)隆起，若施工過(guò)程中孔底有較厚的沉渣，基坑土方開(kāi)挖卸荷過(guò)程中極易造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降，尤其在開(kāi)挖初期這種沉降相對(duì)明顯，當(dāng)沉降達(dá)到一定量值后圍護(hù)結(jié)構(gòu)與底部土體形成了相對(duì)密貼，沉降可能向隆起轉(zhuǎn)換，本基坑圍護(hù)頂部豎向位移歷時(shí)過(guò)程曲線見(jiàn)圖3。第二層土方開(kāi)挖過(guò)程中，圍護(hù)頂部持續(xù)下沉，主要有兩個(gè)原因，一是樁底沉渣引起的樁身下沉，二是坑周作業(yè)機(jī)械等形成的附加應(yīng)力在樁周產(chǎn)生了負(fù)摩阻力引起樁身下沉，故第二層土方開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)頂部沉降速率在整個(gè)基坑施工期最為明顯；隨著樁底與土體的逐漸密貼，土方開(kāi)挖引起的樁身沉降速率逐漸減緩，第三層土方圍護(hù)頂部豎向位移歷時(shí)過(guò)程線表現(xiàn)了這種特征；第四層土方開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)頂部表現(xiàn)了少量隆起，該階段樁底已與土體密貼，由于底部卸荷量少，同時(shí)坑周附加應(yīng)力的持續(xù)存在，該層土方開(kāi)挖施工期總體仍表現(xiàn)出向下的豎向位移。結(jié)構(gòu)施工期，樁身承擔(dān)了一定的結(jié)構(gòu)荷載，圍護(hù)頂部繼續(xù)表現(xiàn)了沉降現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)末期圍護(hù)頂部豎向位移已收斂。監(jiān)測(cè)末期各測(cè)點(diǎn)豎向位移累計(jì)量見(jiàn)表3。

圖3 圍護(hù)頂部隆沉歷時(shí)過(guò)程曲線

表3 監(jiān)測(cè)末期累計(jì)沉降量（mm）

3.3 支撐軸力監(jiān)測(cè)

支撐軸力是基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中重要的測(cè)項(xiàng)，軸力過(guò)大或過(guò)小均會(huì)影響基坑安全，軸力過(guò)大會(huì)引起鋼支撐失穩(wěn)，軸力過(guò)小時(shí)支撐難以約束圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，因此將支撐軸力值控制在合理范圍對(duì)確?；影踩陵P(guān)重要的?；邮┕て阡撝屋S力總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，底板達(dá)到強(qiáng)度后，其板撐作用開(kāi)始發(fā)揮，各道支撐軸力測(cè)值逐漸穩(wěn)定，第三道支撐拆除后第一、二道支撐與共同承擔(dān)外荷，支撐軸力相應(yīng)增加；結(jié)構(gòu)施工期支撐軸力主要受大氣溫度影響，有一定波動(dòng)。支撐軸力測(cè)值歷時(shí)過(guò)程曲線見(jiàn)圖4。

圖4 支撐軸力測(cè)值歷時(shí)過(guò)程曲線

3.4 坑外地下水水位監(jiān)測(cè)

基坑土方開(kāi)挖前采集了地下水位初始標(biāo)高，由于采集前場(chǎng)地有降雨，采集的水位初始值中包含了非靜止水位，基坑開(kāi)挖初期孔內(nèi)水位處于消散期，導(dǎo)致逐日觀測(cè)成果中包含了降雨消散引起的水位降落，技術(shù)人員對(duì)防滲體進(jìn)行了巡視，未發(fā)現(xiàn)圍護(hù)滲漏現(xiàn)象，確定了坑外水位降落為初始值采集不合理引起?？變?nèi)降雨產(chǎn)生的水位降落至靜止水位后，坑外水位相對(duì)穩(wěn)定，基坑施工期坑外水位有一定起伏，主要與大自然降雨有關(guān)。本基坑高壓旋噴樁施工質(zhì)量良好，有效發(fā)揮了防滲帷幕的作用，施工過(guò)程中坑外地下水水位較為穩(wěn)定。

3.5 周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)

基坑周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)工作實(shí)施貫穿灌注樁圍護(hù)施工、高壓旋噴防滲體施工、基坑開(kāi)挖施工、結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程，各施工階段坑周市政管線、建構(gòu)筑物表現(xiàn)出了不同的變形特性，圖5 給出了河道防汛墻豎向位移歷時(shí)過(guò)程曲線。

圖5 河道防汛墻豎向位移歷時(shí)過(guò)程曲線

4 結(jié)論

（1）平面尺寸較小的軟基深基坑土方開(kāi)挖量小，支撐安裝便捷，總體施工周期短，時(shí)間效應(yīng)與空間效應(yīng)小，坑周附加應(yīng)力及坑內(nèi)土體疏干效果亦是圍護(hù)樁產(chǎn)生水平位移不可忽視的因素。

（2）坑外防滲帷幕的防滲性能是基坑土方開(kāi)挖安全的重要保障，坑外地下水水位變化觀測(cè)成果是防滲性能的直接反應(yīng)，因此水位測(cè)值的采集應(yīng)確保其準(zhǔn)確性與可靠性。

（3）高壓旋噴施工工藝效率高，可快速形成防滲帷幕，但施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)明顯，周邊市政管線及建構(gòu)筑物變形明顯，特別在軟基地區(qū)超靜孔隙水消散時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境安全保護(hù)較為不利，在城市管線及建構(gòu)筑物密集區(qū)域應(yīng)慎用，可考慮采用水泥土攪拌樁替代。