薛 翔，衛(wèi) 宏，蔡貝特

(1.海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，海南 ?？?70228;2.海南有色工程勘察設(shè)計(jì)院，海南?？?70206)

圖1 基坑形狀及周邊環(huán)境圖

國(guó)內(nèi)外已分別對(duì)砂性和淤泥質(zhì)地基有了較多的研究，也均取得一定的成果［1－6］，但對(duì)砂與淤泥互層地基中基坑邊坡變形特征的研究還很少，相關(guān)變形理論仍然匱乏，也缺乏足夠可實(shí)際指導(dǎo)工程建設(shè)的工程數(shù)理知識(shí).為了充實(shí)基坑邊坡變形理論，完善不同地基中基坑變形特征的數(shù)據(jù)，本文通過對(duì)海南島內(nèi)多處工程實(shí)例的對(duì)比分析，選取了海南島內(nèi)具有代表性的和典型性的砂與淤泥互層地基中的基坑變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，得出了砂與淤泥互層地基中基坑邊坡的變形特征，這可為今后的相關(guān)工程提供參考.

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況 美和小區(qū)位于?？谑忻捞m區(qū)和邦路與振興路交匯處北側(cè)，由兩棟28層塔樓和一層地下室組成，其基坑長(zhǎng)約100 m，寬約65 m，最小開挖深度為6.1 m，基坑形狀及周邊環(huán)境如圖1所示.

1.2 場(chǎng)地巖土工程條件 基坑支護(hù)影響范圍在內(nèi)地層有:

表1 巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)表

1.3 基坑支護(hù)方案 該工程場(chǎng)地采用排樁+鋼花管支護(hù)體系，排樁為鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，樁間距1 000 mm，通常配筋，排樁頂部均設(shè)冠梁，冠梁截面1 000 mm×600 mm;采用18a槽鋼梁，各段采用打入式鋼化管，管外壁焊角鋼作為倒刺，打入土體并注漿.

坑內(nèi)被動(dòng)土加固:坑底下為厚層淤泥質(zhì)土，為保證支護(hù)體穩(wěn)定，在止水樁施工的同時(shí)，在支護(hù)樁內(nèi)側(cè)打攪拌樁，其樁頂標(biāo)高同坑底標(biāo)高，加固寬度3 000 mm，加固深度6 000 mm，樁徑600 mm，樁間距600 mm.

電塔地基加固:對(duì)東側(cè)圍墻內(nèi)電塔基座外地基采用高壓旋噴樁(單管)加固，樁徑600 mm，加固深度7 000 mm，基坑支護(hù)剖面圖見圖2.

圖2 基坑支護(hù)剖面圖

1.4 基坑施工方案 基坑開挖是在鉆孔灌注樁(排樁)和止水樁完成28 d(養(yǎng)護(hù)周期)后開始，準(zhǔn)確放線，分段分層開挖，每段長(zhǎng)度不大于20.0 m;每層開挖深度不大于2 m.坑內(nèi)挖土先挖周邊，留中部半島，倒退挖.基坑施工工況見表2.

表2 基坑施工工況

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 基坑監(jiān)測(cè)方案 本工程基坑最小開挖深度為6.1 m，根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》［7］(GB50497—2009)中對(duì)基坑安全等級(jí)的分類，本基坑的安全等級(jí)為二級(jí).本工程基坑的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有:圍護(hù)墻墻頂?shù)乃轿灰坪拓Q向位移監(jiān)測(cè)、周邊建筑物豎向位移監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)和周邊地面沉降監(jiān)測(cè)等.

2.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo) 根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB50497—2009)，美和小區(qū)基坑變形監(jiān)測(cè)指標(biāo)及精度要求如表3所示.據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB50497—2009)，美和小區(qū)基坑變形監(jiān)測(cè)頻率如表4所示.

表3 美和小區(qū)基坑變形監(jiān)測(cè)精度及報(bào)警值

表4 美和小區(qū)基坑變形監(jiān)測(cè)頻率

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析 圖3為美和小區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移變形圖，為了清晰地顯示出變性特征，在圖中將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移變形量都擴(kuò)大100倍，由圖3可以看出:

(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移累計(jì)變化量最大值發(fā)生在長(zhǎng)邊中部，變化量最大值為44.2 mm;最小值發(fā)生在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的陰角處，變化量最小值為9.9 mm.

(2)按照基坑監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)［8］，圍護(hù)結(jié)構(gòu)陽角處的水平位移變化量最大;而本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)陽角處監(jiān)測(cè)點(diǎn)P9的變化量為38.5 mm，小于基坑頂部累計(jì)變化量最大值(44.2 mm).分析其原因，這是因?yàn)镻9監(jiān)測(cè)點(diǎn)的兩邊均打入了錨桿，在該陽角處的土層中形成了錨桿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土體的穩(wěn)定性，從而減小了該監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移變形量的緣故.

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移累計(jì)變化量的數(shù)據(jù)見表5(本文僅選取具有代表性的P1、P3、P5、P8、P11、P14 進(jìn)行分析).

圖4為美和小區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變化量——時(shí)間折線圖，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部絕大部分的水平位移發(fā)生在基坑開挖的過程中，基坑開挖到設(shè)計(jì)深度后，水平位移的變化明顯變小，底板澆筑后，水平位移基本趨于穩(wěn)定.所以，選擇合理的支護(hù)設(shè)計(jì)和施工方案以及及時(shí)澆筑底板，可以有效地控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移，從而做到安全可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工便捷.

2.4 周邊建筑與地表沉降 基坑周邊建筑與地表各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量的數(shù)據(jù)見表6.

表5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移累計(jì)變化量的數(shù)據(jù)表

表6 基坑周邊各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量的數(shù)據(jù)表

圖4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變化量—時(shí)間折線圖

圖5為美和小區(qū)基坑周邊建筑物、電塔和地表沉降圖，地表沉降最大值為－10.1 mm，發(fā)生在距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)5 m處，約為0.8 H(H為基坑開挖深度);距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)15 m(約為2.5 H)處，地表沉降為－1.0 mm;距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)18 m(約為3 H)處，地表沉降為－0.2 mm，這說明，基坑開挖對(duì)周邊地表的影響范圍在距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)3 H內(nèi).位于基坑北側(cè)的民房沉降變化規(guī)律與地表沉降相似，但沉降量明顯大于地表沉降.距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)5 m處的電塔沉降量明顯小于地表沉降，這說明對(duì)電塔地基的加固是有效的.

圖5 美和小區(qū)基坑周邊的建筑物、電塔和地表沉降圖

對(duì)圖5中的周邊地面沉降監(jiān)測(cè)值進(jìn)行曲線擬合，得出理想曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中x為坑外某點(diǎn)距圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)的距離，單位為m;y為坑外距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)x米處的地面沉降量，單位為mm.

2.5 地下水位變化 海南島位于東南亞季風(fēng)氣候區(qū)內(nèi)，多年平均降雨量達(dá)1 720 mm，但降雨量分布并不均勻，年降雨量的80%集中于臺(tái)風(fēng)季節(jié)，夏季雨量集中，冬春少雨.全島季節(jié)可分為雨季(5～10月)和干季(11月～翌年4月).海口市降雨主要發(fā)生在雨季，降雨量約占全年降雨量的80%.所以，?？谑谢庸こ虘?yīng)在9～10月份開工，這樣基坑開挖到設(shè)計(jì)深度之后就進(jìn)入干季，減少了降雨對(duì)基坑的危害，提高了工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性.

圖6為美和小區(qū)水位累計(jì)變化量—時(shí)間圖，從圖6中可以看出:2012年10月2日至2012年11月13日(基坑開挖階段)，地下水位下降，且上下波動(dòng)較大;11月13日之后，地下水位下降變慢，最后達(dá)穩(wěn)定狀態(tài).3個(gè)監(jiān)測(cè)孔水位累計(jì)變化量分別為:－589 mm，－426 mm，－568 mm.1號(hào)監(jiān)測(cè)孔水位在11月20日突然上升，至11月28日后又下降至11月19日的水位位置.以上兩種現(xiàn)象的原因是:

(1)在水泥土攪拌樁止水帷幕施工過程中，由于施工工藝、操作、地質(zhì)條件復(fù)雜等問題，止水帷幕總是會(huì)出現(xiàn)漏水等問題;錨桿的施工中普遍存在涌水和涌砂的現(xiàn)象，基坑外部分地下水從鉆孔涌入基坑中，所以，基坑開挖引起周邊地下水位下降.

(2)在2012年10月份，?？诙啻纬霈F(xiàn)大雨或暴雨天氣，導(dǎo)致地下水位波動(dòng)較大;11月份以后，?？谶M(jìn)入干季，地下水位平緩下降，一段時(shí)間后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài).

(3)11月19日，施工單位在1號(hào)水位孔附近5 m處鉆孔打水井，造成11月20日的水位上升，待水井完工以后，水位呈下降趨勢(shì).

(4)2號(hào)水位監(jiān)測(cè)孔位于基坑北側(cè)，由于基坑北側(cè)距離民房最近處只有5 m，為保護(hù)該民房，在基坑開挖初期基坑外北側(cè)沒有進(jìn)行輕型井點(diǎn)降水，并且北側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工比其他位置更謹(jǐn)慎，所以2號(hào)監(jiān)測(cè)孔的水位變化較1號(hào)和3號(hào)監(jiān)測(cè)孔的水位變化小.

圖6 美和小區(qū)水位累計(jì)變化量—時(shí)間圖

為了模擬基坑開挖對(duì)周邊水位的影響曲線，在不考慮降雨對(duì)水位影響的情況下，采用雙曲函數(shù)對(duì)圖6中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，得出理想的水位變化隨時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖7所示，相應(yīng)的計(jì)算表達(dá)式為:

水位孔 W1、W3:a= －0.0257，b= －0.0015;

水位孔 W2:a= －0.0390，b= －0.0020.

3 結(jié)論

1)基坑開挖階段，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移變化較為明顯，水平位移最大變化量發(fā)生在基坑長(zhǎng)邊的中心處和陽角處;地下室底板澆筑后，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移變化已趨于穩(wěn)定.

圖7 理想的水位變化曲線圖

2)砂與淤泥互層地基中基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境的主要影響區(qū)域是在3倍基坑深度的范圍內(nèi)，且周邊地面沉降變形最大位于0.7～0.9倍基坑深度處.經(jīng)對(duì)工程數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，得出了周邊地面變形的擬合公式(1).

3)鑒于?？诘貐^(qū)氣候的特殊性，?？诘貐^(qū)的基坑工程選擇合理的施工時(shí)間可以有效地提高工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，比如在干季進(jìn)行基坑工程的施工，在雨季來臨之前完成基坑的回填工作等.

4)基坑開挖會(huì)引起周邊水位的下降，對(duì)周邊環(huán)境復(fù)雜的一側(cè)應(yīng)特別注意其水位的變化量，以保證周邊環(huán)境的安全性.經(jīng)對(duì)工程數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，得出了周邊水位的擬合公式(2).

5)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析，了解了在砂與淤泥互層地基中于基坑施工時(shí)基坑的變形特征，找到了在此種環(huán)境下施工時(shí)其基坑變形的規(guī)律，擬合出了相應(yīng)的變形經(jīng)驗(yàn)公式，這對(duì)今后類似的基坑工程設(shè)計(jì)和施工具有一定的指導(dǎo)性意義.

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