史豪杰， 李富相， 李志勇

(中交一公局第四工程有限公司， 廣西 南寧 530033)

開(kāi)發(fā)和利用城市地下空間、發(fā)展高效的地下交通已成為現(xiàn)階段城市交通建設(shè)的重要發(fā)展方向，許多地區(qū)已開(kāi)始大規(guī)模修建城市地下公路和隧道，建立城市地下交通網(wǎng)，由此出現(xiàn)大量技術(shù)復(fù)雜、體積量大的深基坑。為保證基坑開(kāi)挖安全與穩(wěn)定，需對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。許多學(xué)者對(duì)基坑開(kāi)挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體位移、深層土體位移、內(nèi)支撐軸力、地表沉降等進(jìn)行了分析研究，如魏綱等根據(jù)沉降、軸力等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了基坑開(kāi)挖中支撐軸力、地表沉降的變化規(guī)律；張雪嬋等以杭州慶春路過(guò)江隧道江南工作井為例，對(duì)墻體水平位移、地表沉降、地下水位及砼支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，提出了高承壓水控制和防治對(duì)策；楊有海等根據(jù)杭州地鐵秋濤路車站深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了工況對(duì)樁體側(cè)向變形與鋼支撐軸力的影響；丁智等對(duì)杭州地鐵新塘路、景芳路交叉口工程深基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析了土體深層水平位移和墻體深層水平位移變化規(guī)律及地下水位與地表沉降的關(guān)系。深圳地區(qū)土質(zhì)條件特殊，對(duì)該地區(qū)臨近地鐵施工的深基坑實(shí)測(cè)分析還不充分，基坑開(kāi)挖對(duì)施工過(guò)程和周邊環(huán)境的影響評(píng)估也少有報(bào)道。為此，該文以深圳公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿改造工程為例，通過(guò)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)支撐軸力及基坑周邊地表沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，研究基坑開(kāi)挖中圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律和受力特點(diǎn)，為基坑工程施工提供指導(dǎo)和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程概述

公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿改造工程位于深圳市光明區(qū)新湖街道，全長(zhǎng)約3.56 km。其中地下道路長(zhǎng)2.645 km，采用干線性城市主干道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向六車道，設(shè)計(jì)速度50 km/h；地面道路采用生活性城市主干道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向六車道，設(shè)計(jì)速度40 km/h。

現(xiàn)狀公常路為城市主干道，雙向八車道，紅線寬度60 m，瀝青路面，設(shè)計(jì)速度50 km/h。

1.2 工程地質(zhì)和水文條件

場(chǎng)地原始地貌為殘丘坡地及沖積洼地，后經(jīng)人工挖填改造為現(xiàn)狀公常路。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，擬開(kāi)挖基坑所在區(qū)域地層主要由人工填土、含砂粉質(zhì)黏土、中砂、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化混合花崗巖、土狀強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖及塊狀強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 工程地質(zhì)狀況和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖(單位：標(biāo)高為m，其他為mm)

根據(jù)水文地質(zhì)勘察報(bào)告，沿線場(chǎng)地總體地形較平坦、起伏較小，地下水位變化幅度為1.0～5.0 m。開(kāi)挖基坑處的地下水對(duì)砼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。

1.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

選取K1+700—780段深基坑進(jìn)行分析。該段基坑長(zhǎng)80 m，寬度29 m，開(kāi)挖深度17.5 m，采用明挖法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁和φ800 mm旋噴樁樁間咬合止水；內(nèi)支撐采用3道支撐，第1道為鋼筋砼支撐，水平間距9 m；第2、3第道均為鋼支撐，水平間距3 m。在基坑中間設(shè)置520 mm×520 mm鋼格構(gòu)立柱，立柱樁采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

1.4 基坑開(kāi)挖工況

由于該段基坑開(kāi)挖深度較大，為確?；影踩?，采用分層開(kāi)挖，基坑開(kāi)挖施工工況見(jiàn)表1。

表1 基坑開(kāi)挖工況

2 基坑開(kāi)挖施工監(jiān)測(cè)方案

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)SJG 05-2011《深圳市深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》、GB 50497-2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，基坑開(kāi)挖監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有樁體深層水平位移、周邊地表沉降、坑外地下水位、內(nèi)支撐軸力。

(1) 圍護(hù)樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)。采用串聯(lián)式導(dǎo)輪固定測(cè)斜儀+測(cè)斜管監(jiān)測(cè)圍護(hù)樁體深層水平位移，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距約50 m。

(2) 周邊地表沉降監(jiān)測(cè)。在支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊土體取垂直于線路方向的截面作為監(jiān)測(cè)截面，共設(shè)置2個(gè)間距為40 m的監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)截面分別在沿線路南北兩側(cè)各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(3) 坑外地下水位監(jiān)測(cè)。在垂直于基坑向外距離隔水帷幕1 m處，沿線路方向水位孔按50 m間距布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(4) 內(nèi)支撐軸力監(jiān)測(cè)。沿線路方向自西向東每3道砼支撐取一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面(鋼支撐與砼支撐軸力監(jiān)測(cè)共斷面)，相鄰監(jiān)測(cè)斷面間距約27 m。每道砼支撐布置8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別布置在砼支撐鋼筋籠四角的受力主筋上，位于砼支撐長(zhǎng)度的L/3處，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置1個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)。每道鋼支撐布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布置在鋼支撐南側(cè)端部，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置1個(gè)軸力計(jì)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖(單位：m)

2.2 監(jiān)測(cè)頻率和報(bào)警值

監(jiān)測(cè)期自元件埋設(shè)完成至主體結(jié)構(gòu)頂板澆筑完成止，監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表2。

表2 基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)頻率

監(jiān)測(cè)報(bào)警值一般由累計(jì)變化量及其變化速率控制，累計(jì)變化量的報(bào)警指標(biāo)不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)限值。該段基坑屬于一級(jí)基坑，其報(bào)警值見(jiàn)表3。

表3 一級(jí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)警值

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

選取K1+720作為分析斷面，其中包括1個(gè)樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)、南北側(cè)2個(gè)周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、1個(gè)坑外地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和3個(gè)軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分析各工況下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律及基坑的安全穩(wěn)定性。

3.1 樁體深層水平位移分析

選取K1+720斷面南側(cè)深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同工況下樁體深層水平位移變化見(jiàn)圖3，“-”表示樁體向基坑內(nèi)變形，“+”表示樁體向基坑外變形。

圖3 K1+720斷面樁體深層水平位移

由圖3可知：隨著基坑開(kāi)挖深度的增大，樁體水平位移逐漸增加，累計(jì)最大水平位移為-9.77 mm，出現(xiàn)在工況5，該工況的基坑深度最大；基坑開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)樁累計(jì)水平位移變量均在報(bào)警值(±50 mm)范圍內(nèi)。

3.2 周邊地表沉降分析

取K1+720斷面南北兩側(cè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)SDB43-2、NDB28-1的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同工況下地表沉降變化見(jiàn)圖4。

圖4 K1+720斷面基坑周邊地表沉降

由圖4可知：K1+720斷面南北兩側(cè)的地表沉降均較小，截至工況7，南側(cè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量為0.65 mm，北側(cè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量為3.98 mm；受北側(cè)分流車道上車輛荷載作用，K1+720斷面北側(cè)的地表沉降比南側(cè)大?；又苓叺乇沓两稻h(yuǎn)低于報(bào)警值(±35 mm)，且現(xiàn)場(chǎng)巡查未發(fā)生基坑周邊有顯著沉陷、開(kāi)裂或隆起。

3.3 坑外地下水位分析

取K1+720斷面南側(cè)坑外水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)SSW039的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以基坑開(kāi)挖前的地下水位為初始水位，該測(cè)點(diǎn)的水位變化見(jiàn)圖5。

圖5 K1+720斷面坑外地下水位

由圖5可知：9月21—11月6日，K1+720斷面坑外地下水位持續(xù)下降。主要原因，一是基坑開(kāi)挖期間坑內(nèi)持續(xù)降水，導(dǎo)致坑外地下水位持續(xù)下降；二是基坑開(kāi)挖期屬于旱季，長(zhǎng)時(shí)間未降雨，地下水位無(wú)法及時(shí)得到補(bǔ)充。至9月25日，坑外地下水位下降量已超出報(bào)警值(1 000 mm)，且9月28日坑外地下水位下降幅度達(dá)-1 860 mm，超出日變化量500 mm/d的報(bào)警值。但總體上地下水位變化較平穩(wěn)，且未給基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響。

3.4 支撐軸力分析

取K1+720斷面砼支撐南側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)STZ043、第2道鋼支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)GZ025-1、第3道鋼支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)GZ025-2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不同工況下支撐軸力變化見(jiàn)圖6。

圖6 K1+720斷面支撐軸力

從圖6可以看出：基坑開(kāi)挖過(guò)程中，隨著開(kāi)挖深度的增大，砼支撐軸力增大，峰值出現(xiàn)在工況2，為2 655.20 kN。第2道鋼支撐架設(shè)后(工況4)，第2道鋼支撐分擔(dān)了一部分荷載，砼支撐軸力開(kāi)始減小。到工況6，由于第3道鋼支撐的架設(shè)，第2道鋼支撐的軸力開(kāi)始減少，而砼支撐軸力基本保持不變?；又屋S力均在安全范圍內(nèi)，基坑支撐結(jié)構(gòu)及圍護(hù)體系安全可控。另外，支撐的軸力變化與基坑開(kāi)挖深度、支撐架設(shè)數(shù)量及支撐間距等有關(guān)，施工中應(yīng)及時(shí)架設(shè)支撐，嚴(yán)禁超挖、漏撐或少撐等現(xiàn)象，確保基坑安全穩(wěn)定。

4 結(jié)論

(1) 基坑開(kāi)挖后設(shè)置支撐之前，水平位移變化較大，截至工況5，樁體最大水平位移為-9.77 mm?；娱_(kāi)挖應(yīng)遵循先撐后挖的原則，開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)及時(shí)架設(shè)下一道支撐，減少開(kāi)挖面無(wú)支撐暴露時(shí)間，確?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

(2) 基坑開(kāi)挖期間，周邊地表沉降變化較小，遠(yuǎn)小于報(bào)警值(±35 mm)；受分流車道上車輛荷載作用的影響，基坑北側(cè)的地表沉降比南側(cè)大。

(3) 基坑內(nèi)降水應(yīng)按照設(shè)計(jì)降水方案有序進(jìn)行，嚴(yán)禁突降、過(guò)降。受當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，基坑開(kāi)挖中坑外地下水位下降量局部超出報(bào)警值。但總體上水位變化較平穩(wěn)，未給基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響。

(4) 支撐軸力受基坑開(kāi)挖深度、支撐數(shù)量及間距等影響，開(kāi)挖深度越大，支撐軸力越大，基坑開(kāi)挖期間應(yīng)及時(shí)架設(shè)支撐，嚴(yán)禁超挖和漏撐。

(5) 公常路中山大學(xué)深圳校區(qū)段下穿改造工程K1+700—780段基坑開(kāi)挖期間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系均安全穩(wěn)定，且基坑開(kāi)挖未給周邊環(huán)境造成不利影響。