□文/趙夢(mèng)晨 童剛強(qiáng)

異形基坑開(kāi)挖期間SMW工法支護(hù)監(jiān)測(cè)分析

□文/趙夢(mèng)晨 童剛強(qiáng)

某地鐵車站風(fēng)道及出入口合建基坑為異形深基坑，開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生了較大變形。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工工況，對(duì)不同階段樁體水平位移、樁頂豎向位移及周邊地表沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明異形基坑除了具有一般基坑的變形規(guī)律外，還具有其獨(dú)特性，對(duì)于異形基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)采取一些針對(duì)性的措施。

異形基坑；SMW工法樁；變形；監(jiān)測(cè)

地鐵車站常修建在城市中心區(qū)域，周邊建（構(gòu)）筑物較多[1]，場(chǎng)地受到限制，只能采用形狀不規(guī)則的異形基坑[2]。對(duì)于深大的異形基坑工程，其內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)難度更是高于一般的長(zhǎng)條形地鐵基坑[3]；同時(shí)地鐵出入口及風(fēng)道一般都在車站主體施工完成后進(jìn)行施工，靠近車站主體一側(cè)不便于支撐架設(shè)，給出入口及風(fēng)道基坑支護(hù)帶來(lái)了很大麻煩。為掌握這類基坑的變形規(guī)律，給設(shè)計(jì)提供有力的參考，對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析是很有必要的。

1　工程概況

1.1基坑支護(hù)

某地鐵車站風(fēng)道及出入口合建基坑為異形深基坑，基坑西側(cè)為已施工完成地鐵車站主體結(jié)構(gòu)，東側(cè)長(zhǎng)邊68.2 m，南北兩側(cè)短邊長(zhǎng)15.5～26.0 m，基坑開(kāi)挖深度9.8m，采用明挖法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁，樁徑φ850 mm，間距600 mm，水泥土攪拌樁內(nèi)插型鋼（隔一插一），其間距1.2 m，基坑內(nèi)支撐采用兩道φ600 mm×16mm鋼管撐。

1.2地質(zhì)情況

本場(chǎng)地地層有第四系全新統(tǒng)人工填土層、第I陸相層、第I海相層及第II陸相層，巖性主要為粘性土、粉土及粉砂。基坑底部位于45淤泥質(zhì)粘土層,局部位于41，42粉質(zhì)粘土層，工程性質(zhì)較差。

賦存于第II陸相層及以下粉砂及粉土的地下水具有微承壓性，為微承壓水。微承壓水以第II陸相層61粉質(zhì)粘土為隔水頂板。62粉土、64粉砂、72粉土、92粉土、94粉砂、95細(xì)砂、99粉砂為主要含水地層，含水層厚度較大，分布相對(duì)穩(wěn)定。

2　監(jiān)測(cè)方案

基坑周邊無(wú)重要建筑物及管線，主要風(fēng)險(xiǎn)源在基坑本身，因此基坑自身安全將作為本次監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括地表沉降、地下水位、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、樁體水平位移以及支撐軸力等?；娱_(kāi)挖過(guò)程中，部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出了控制值，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)作為本次分析的重點(diǎn)，見(jiàn)圖1。

圖1　基坑平面及部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3　監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1土方開(kāi)挖主要施工工況

工況一開(kāi)始開(kāi)挖第一道支撐下方土體；工況二土方開(kāi)挖至第二道支撐位置；工況三北側(cè)基坑開(kāi)挖至基底（隨挖隨支第二道支撐）；工況四北側(cè)墊層施工完成；工況五南側(cè)基坑開(kāi)挖至基底（隨挖隨支第二道支撐）；工況六南側(cè)墊層施工完成。

3.2樁體水平位移

該基坑樁體水平位移共設(shè)置了9個(gè)測(cè)斜孔，其中CX3、CX6在施工過(guò)程中被破壞。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX7最大水平位移達(dá)到了+58.75 mm，超過(guò)了設(shè)計(jì)控制值（±50mm，+表示向基坑內(nèi)側(cè)）見(jiàn)圖2-圖5。

圖2　測(cè)斜CX7不同深度水平位移時(shí)程曲線

圖3　CX7不同時(shí)間樁體水平位移

圖4　CX1不同時(shí)間樁體水平位移

圖5　部分樁體最終變形

從圖2和圖3可以看出，CX7在11月15日—11月18日和12月1日—12月4日兩個(gè)階段樁體發(fā)生了明顯的變形，特別是土方挖至基底時(shí)，樁體水平位移單日變化量達(dá)到了+28.09 mm/d，說(shuō)明生位移的主要原因是基坑內(nèi)土體挖走后，鋼支撐架設(shè)不及時(shí)造成的。此基坑在土方開(kāi)挖過(guò)程中采用隨挖隨支，從挖土完畢至鋼支撐架設(shè)并施加預(yù)加軸力，中間時(shí)間間隔太長(zhǎng)，樁體水平位移無(wú)法得到及時(shí)抑制，導(dǎo)致樁體變形發(fā)展完全。

CX1最大位移發(fā)生在-4.5 m處，接近基坑深度1/2的位置，而在樁體-6 m處，樁體向土體內(nèi)側(cè)凹進(jìn)，主要是由于第二道鋼支撐對(duì)樁體的約束作用造成的，符合在有支撐情況下樁體變形的一般規(guī)律。CX7在挖至第二道支撐位置并架設(shè)第二道支撐后，由于受到支撐的約束，在-6m處向土體內(nèi)側(cè)凹進(jìn)，但隨著土體的不斷卸載，樁體位移不斷加大，最終形成“鼓肚”，最大位移發(fā)生在-7 m的位置，基本和第二道支撐位置（-6.7 m）重合，說(shuō)明第二道鋼支撐對(duì)樁體的約束作用越來(lái)越小。對(duì)比圖3和圖4，隨著土方不斷開(kāi)挖至基坑底部，CX7變形在不斷擴(kuò)大，而CX1在土方挖至基坑底部之前變形是向基坑內(nèi)側(cè)，當(dāng)挖至基坑底部時(shí)樁體變形轉(zhuǎn)向基坑外側(cè)，變形量遠(yuǎn)小于CX7。

從圖5可以看出，基坑?xùn)|側(cè)長(zhǎng)邊的樁體變形遠(yuǎn)大于南北兩側(cè)短邊的樁體變形，綜合分析說(shuō)明基坑平面異形，鋼支撐兩端受到的土壓力不平衡，同根支撐與鋼圍檁的夾角不同，支撐軸力對(duì)土壓力大的長(zhǎng)邊一側(cè)貢獻(xiàn)反而更小，造成了基坑兩側(cè)變形不一致。當(dāng)土體挖至第二道支撐位置（-6.7 m）處，由于兩側(cè)土壓力都不大，鋼支撐尚能發(fā)揮作用，隨著土方挖至基坑底部，這種不平衡越來(lái)越明顯，圍護(hù)結(jié)構(gòu)有向短邊一側(cè)移動(dòng)的趨勢(shì)。

3.3地表沉降監(jiān)測(cè)分析

該基坑外地表沉降共布置了9組監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，選取每組監(jiān)測(cè)斷面中沉降（隆起）最大的點(diǎn)進(jìn)行分析，見(jiàn)圖6。

圖6　地表沉降/隆起時(shí)程曲線

從圖6可以看出，地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7、DBC8累計(jì)沉降值分別達(dá)到了-57.13、-71.07、-59.10、-67.60、-84.67、-80.47 mm，均超過(guò)了報(bào)警值（-30/+10 mm）。由表1可知DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7、DBC8單日沉降速率也超過(guò)了報(bào)警值，最大值發(fā)生在土方開(kāi)挖至基底時(shí)，隨著鋼支撐架設(shè)完畢后地表沉降慢慢趨于穩(wěn)定。說(shuō)明基坑內(nèi)側(cè)土體卸載，造成樁體向基坑內(nèi)側(cè)移動(dòng)是坑外地表沉降的主要原因。

表2　地表沉/隆速率最大值

3.4樁頂豎向位移

該基坑共布設(shè)了9個(gè)樁頂豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，選取部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，見(jiàn)圖7。

圖7　樁頂豎向位移時(shí)程曲線

從圖7可以看出，樁體基本都是隆起的，累計(jì)值都在預(yù)警范圍以內(nèi)，但單日變化量ZQC7達(dá)到了+4.35 mm，超過(guò)了預(yù)警值（±4mm，+表隆起），對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)為12月2日。從整個(gè)時(shí)程曲線來(lái)看，樁體豎向位移發(fā)生明顯變化的主要集中在基坑土方開(kāi)挖期間，說(shuō)明基坑內(nèi)土體卸載，坑底土體隆起使圍護(hù)樁也隨之上浮。

4　結(jié)論及建議

施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，部分基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)了監(jiān)測(cè)控制值，特別是在土方開(kāi)挖至基坑底部時(shí)，樁體水平位移變化明顯，地表沉降急劇增加，基坑處于非常危險(xiǎn)狀態(tài)。

1）土體卸載引起樁體水平位移擴(kuò)大，支撐架設(shè)后樁體水平位移得到了一定的抑制。因此，合理安排施工步序，及時(shí)安裝鋼支撐并施加軸力對(duì)控制基坑變形是非常有利的。建議施工過(guò)程中盡量做到先撐后挖，禁止超挖。

2）該異形基坑支護(hù)全部采用斜撐，鋼支撐與長(zhǎng)邊圍檁夾角較小，基坑長(zhǎng)邊和短邊樁體水平位移和地表沉降差異明顯，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體有向短邊移動(dòng)的趨勢(shì)。說(shuō)明基坑兩邊土壓力不平衡，支撐軸力對(duì)基坑兩邊貢獻(xiàn)不均對(duì)基坑的變形有很大的影響。因此，建議在基坑長(zhǎng)邊采用型鋼密插或加大型鋼尺寸以增加型鋼的剛度并適當(dāng)加大樁體的插入比。

[1]陳禹，高超，李竹，等.某地鐵車站基坑施工監(jiān)測(cè)[J].建筑科學(xué)，2012，（S1）：242-245．

[2]謝秀棟，張林，何宗儒.異形基坑施工變形特性分析[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，14（4）：23-26.

[3]劉潤(rùn)，閆玥，閆澍旺.支撐位置對(duì)基坑整體穩(wěn)定性的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（1）：174-178．

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.023

□童剛強(qiáng)/天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司。

□TU433

□C

□1008-3197（2015）02-62-03

□2014-12-04

□趙夢(mèng)晨/男，1974年出生，高級(jí)工程師，碩士，天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，從事地鐵工程技術(shù)與管理工作。