俞建強(qiáng) 張 旭 金在保

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

隨著城市的發(fā)展，在城市核心區(qū)的新建建筑中超高超深的結(jié)構(gòu)越來越多，基坑的規(guī)模和開挖深度也不斷增加，基坑常出現(xiàn)在環(huán)境敏感和復(fù)雜的區(qū)域，周邊的地鐵、軌道交通、地下管線等對其影響極其顯著。

目前國內(nèi)的學(xué)者對深基坑的監(jiān)測做過很多分析研究，趙林杰等[1]以工程實例為背景，從測點布置、測點保護(hù)與補救、現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)修正與分析等4個方面對深基坑測斜工作全過程進(jìn)行系統(tǒng)性的技術(shù)總結(jié)，蔡干序[2]針對基坑監(jiān)測工程中的測距、起算點及位移方向等問題，對測斜技術(shù)進(jìn)行了探討，張尚根等[3]通過對20個軟土深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，研究了支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移、基坑地表沉降及兩者的關(guān)系，徐中華等[4]對上海銀行大廈深基坑工程施工階段支撐軸力、地下連續(xù)墻水平位移、立柱樁的沉降等進(jìn)行了監(jiān)測，并對基坑的實測數(shù)據(jù)作了分析，驗證了基坑的設(shè)計是成功的。

此外，國內(nèi)很多機(jī)構(gòu)和學(xué)者對基坑變形規(guī)律也進(jìn)行了分析和研究。

本文以上海嘉興路139地塊工程為例，對基坑開挖過程中的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，分析了圍護(hù)墻水平位移、立柱隆沉和支撐軸力等規(guī)律，通過對基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤和分析，保證了施工過程中基坑與周邊環(huán)境的安全。

1 工程概況

嘉興路街道139街坊商辦綜合開發(fā)項目位于上海市虹口區(qū)，場地北側(cè)為岳州路，西側(cè)為舟山路，東側(cè)為安國路，南側(cè)為周家嘴路。該地塊在建商業(yè)、辦公綜合體，總建筑面積為89 351 m2，基坑開挖面積約10 691 m2，項目用地面積13 671 m2，基坑開挖深度約20.8 m。

本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑北側(cè)為紫虹嘉苑小區(qū)，距離基坑19.7～ 21.8 m；西側(cè)為老式磚混住宅及老廠房，距基坑約19.8 m；東側(cè)為虹葉茗苑小區(qū)，距基坑約32.69 m；南側(cè)為周家嘴路900弄小區(qū)。北側(cè)隔岳州路為運營中的軌道交通4號線區(qū)間隧道，在基坑50 m保護(hù)線以外；周邊道路下埋設(shè)有大量的市政管線。

2 基坑變形類型及影響因素

本工程的基坑開挖堅持“分層、分區(qū)、盡早形成支撐或底板、留土護(hù)壁、盆式開挖”的挖土原則；基坑共分5層開挖，第1～4層皆挖至支撐底，第5層挖至基坑底；第1層土方采用大開挖方式，由場地中間向東西2個方向退挖；第2～4層土方采用盆式開挖（圖1），即盆中土分2個階段、3塊挖土，盆邊土分3個階段、12塊挖土；第5層土按基礎(chǔ)底板抗震縫及后澆帶分塊開挖（圖2）。

本工程基坑內(nèi)設(shè)置4道鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)，圍檁及支撐棧橋混凝土強(qiáng)度等級為C30，第1～4道鋼筋混凝土支撐中心標(biāo)高分別為：－1.70、－7.20、－12.30、－17.20 m?；又性O(shè)有φ700 mm（800 mm）鉆孔灌注樁作為立柱樁，用以支撐混凝土支撐與棧橋。

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體側(cè)向位移，是引起周圍建筑物、道路、地下管線變形的一個主要原因。通過對圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測，可以掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與安全。根據(jù)設(shè)計單位出具的監(jiān)測點布置圖，圍護(hù)體頂部位移測點與圍護(hù)深層水平位移測孔成對布設(shè)，布置測斜孔34個，編號CX1～CX34（圖3）。

圖1 第2～4層挖土分塊示意

圖2 第5層土開挖分塊示意

圖3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測點布置

由各施工階段圍護(hù)墻體水平位移（圖4）可見，采用分塊開挖的方式，當(dāng)開挖到相應(yīng)區(qū)塊時，墻體的位移變化較敏感。由于第1層土開挖深度較淺，因而對圍護(hù)墻水平位移總體影響較小，墻體水平位移的變化趨勢隨著開挖深度的增加而變大，且均向基坑內(nèi)側(cè)位移，當(dāng)開挖至基坑底部時，圍護(hù)墻的位移達(dá)到最大，開挖深度以下的水平位移隨著深度的增加呈現(xiàn)減小的趨勢。

CX7和CX11測點位于基坑南側(cè)長邊中間部位，空間效應(yīng)明顯，故水平位移最大，最大位移為83 mm，與開挖深度的相對值為0.4%。測點CX13位于基坑的西南角點，在同一層土中最后開挖，空間拱效應(yīng)較明顯，故該點的水平位移較小，其水平位移為53 mm，與開挖深度相對值比為0.25%。CX27測點位于基坑北側(cè)的中部，受到開挖空間效應(yīng)的影響也較大，其最大水平位移為66 mm，與開挖深度相對值比為0.317%。測點CX29和CX33均位于基坑的東北側(cè)，且CX33點位于東北側(cè)的短邊上，受空間效應(yīng)的影響較小，測點CX29的水平位移為72 mm，與開挖深度相對值比為0.35%，CX33的水平位移為69 mm，與開挖深度相對值比為0.33%。監(jiān)測結(jié)果表明，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移會受到基坑開挖時間和空間效應(yīng)的影響。

對所有監(jiān)測點而言，最大水平位移點的位置隨著開挖深度的增加而逐漸下移，一般出現(xiàn)在開挖面以上0.6 m左右。各測點的位移增量主要發(fā)生在底板開挖階段，原因是底板開挖的深度較深且工期較長，各種荷載也在增加，使得該施工階段的位移增量較大。

圖4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形

2.2 坑底隆起變形監(jiān)測

地基土大面積開挖后，由于地基土自重應(yīng)力的卸除，使地基土回彈隆起，引起地基土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，以致對主體建筑物以及鄰近建筑物造成一定影響。為保證基礎(chǔ)設(shè)計的可靠和保護(hù)鄰近建筑的安全，對基坑底面的回彈變形進(jìn)行監(jiān)測（圖5）。

從基坑立柱位移曲線（圖6、圖7）中可以看出，最大的隆起點為LZ4點，位于基坑的中部，最大的位移為43 mm，位移最小的地方出現(xiàn)在LZ6、LZ7、LZ15和LZ20點。數(shù)據(jù)表明，隨著開挖深度的增加，坑底的隆起變形不斷地增大，且第1層土開挖時，由于土體的突然卸載，立柱的隆起變形較大，隨著挖深的加大，曲線逐漸趨于平緩，在開挖的同一層土中，先期開挖部分的隆起也明顯高于后開挖部分，LZ4點因位于中間部位，立柱臨空面大，受到的約束較弱，因而隆起較大，LZ6、LZ7、LZ15和LZ20因位于角部，且開挖較晚，受到的空間效應(yīng)影響較小，所以基坑隆起較小。

圖5 立柱樁監(jiān)測點布置示意

圖6 基坑北側(cè)立柱垂直位移

圖7 基坑南側(cè)立柱垂直位移

2.3 支撐軸力

為監(jiān)控基坑開挖過程中支撐體系的受力狀態(tài)，選取支撐監(jiān)測斷面主要分布于有可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的桿件，布置若干應(yīng)力傳感器，將壓彎構(gòu)件簡化為軸心受壓構(gòu)件，根據(jù)平截面假定，測量計算支撐軸向受力（圖8）。

圖8 支撐軸力監(jiān)測點布置示意

從支撐軸力的變化（圖9～圖12）可以看出，第1道支撐的軸力在第1層土開挖、第2道支撐的軸力在第2層土開挖、第3道支撐的軸力在第3層土開挖、第4道支撐的軸力在第4層土開挖時迅速增加，隨著后續(xù)土層的開挖，其變化逐漸趨于平緩。各道支撐的最大軸力分別為4 900、8 800、10 500、11 000 kN，第1～4道支撐的報警值分別為5 000、10 000、12 000、12 000 kN，各道支撐的軸力均未超過報警值。隨著基坑的開挖，由于支撐受到更大的形變壓力，因而隨著深度的增加，支撐的軸力也逐漸增大。

圖9 第1道支撐軸力

圖10 第2道支撐軸力

圖11 第3道支撐軸力

圖12 第4道支撐軸力

3 結(jié)語

通過分析背景項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出了如下的結(jié)論：

1）基坑施工引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及坑底的位移具有明顯的空間效應(yīng)：開挖面中部的位移較大，角部的位移較小。

2）基坑施工引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移、坑底的位移、支撐軸力具有明顯的時間效應(yīng)，同一層土先期開挖部分的變形和軸力較大，不同層土暴露時間越長，變形和軸力越大。

3）支撐軸力在支撐相對應(yīng)的土層開挖時急劇增加，隨著后續(xù)的開挖，軸力的變化趨緩，而由于支撐受到更大的形變壓力，因而隨著深度增加，支撐的軸力也逐漸增大。