代仲海，吳 磊

（1、深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司 深圳 510078；2、深圳市地質(zhì)局 深圳 510078）

0 引言

目前，基坑開(kāi)挖變形的研究主要集中在對(duì)監(jiān)測(cè)資料的分析上。臨地鐵基坑開(kāi)挖過(guò)程中，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以把握基坑變形情況并及時(shí)采取措施。對(duì)監(jiān)測(cè)資料的分析可以幫助確定基坑變形的原因，評(píng)估基坑的穩(wěn)定性，并制定相應(yīng)的措施來(lái)處理變形問(wèn)題。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，掌握周邊環(huán)境、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系和土體的動(dòng)態(tài)，了解基坑的安全狀態(tài)，判斷支護(hù)設(shè)計(jì)是否合理，施工方法和工藝是否可行。同時(shí)對(duì)基坑進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)反饋，并采取必要的工程應(yīng)急措施，保證工程的安全和避免對(duì)周圍環(huán)境造成過(guò)大的影響，確保工程的順利進(jìn)行［1-4］。

葉強(qiáng)等人［5］探討了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、深層水平位移、沉降與內(nèi)力等變化規(guī)律，深入研究了水平位移的變形特性；劉動(dòng)［6］以某內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)形式基坑工程為例，介紹了深厚淤泥地層條件下，施工支護(hù)結(jié)構(gòu)、開(kāi)挖土方和拆換撐工況下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變形趨勢(shì)；吳旭彬［7］以深圳地區(qū)深厚填土地層條件下某樁錨支護(hù)形式基坑工程為例，探討施工全過(guò)程中，分析和總結(jié)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、沉降位移、深層水平位移和錨索軸力等項(xiàng)目變化規(guī)律；陳宏?yáng)|等人［8］分析了基坑變形中沉降監(jiān)測(cè)及水平位移監(jiān)測(cè)與基坑設(shè)計(jì)、施工速度、施工質(zhì)量、周圍建筑及水文地質(zhì)情況的相互關(guān)系；李衍航等人［9］基于深圳某深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及地質(zhì)條件，針對(duì)樁錨和雙排樁支護(hù)體系，對(duì)基坑頂部、周邊環(huán)境變化、支撐軸力及地下水位等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；章丹峰等人［10］對(duì)混凝土支撐軸力監(jiān)測(cè)進(jìn)行探索，基于混凝土支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果，開(kāi)展監(jiān)測(cè)值與設(shè)計(jì)值誤差分析，并提出了支撐軸力計(jì)算方法優(yōu)化修正建議。

本文以深圳前海某項(xiàng)目基坑支護(hù)工程作為背景，對(duì)基坑施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜、豎向沉降和水平位移、內(nèi)支撐軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展研究，對(duì)本工程開(kāi)挖期間結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化提出相應(yīng)分析。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況和周邊環(huán)境

前海某項(xiàng)目包含3 塊地塊，其中01#地塊面積約9 350.00 m2，擬建辦公樓高度約150.00 m；02#地塊面積約4 190.00 m2，地面無(wú)建筑物；03#地塊建設(shè)用地面積6 937.45 m2，塔樓32 層，總高度153.00 m，裙樓分別為3層和6層，總高度16.00 m和36.00 m?；娱_(kāi)挖范圍根據(jù)地下室外墻外放1.20 m確定，開(kāi)挖面積19 280.50 m2，深度16.04～20.03 m，支護(hù)周長(zhǎng)約748.00 m。

工程場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜，北側(cè)為在建地鐵9號(hào)線，東側(cè)為在建地鐵5號(hào)線，其它兩側(cè)為市政道路，周邊環(huán)境復(fù)雜，破壞后果很嚴(yán)重，其支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)?；又ёo(hù)方案采用密排灌注樁+旋噴樁截水帷幕+三道內(nèi)支撐，典型剖面如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)典型剖面Fig.1 Typical Profile of the Excavation Engineering （mm）

1.2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地分布的地層有：人工填土（Qml）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Qmc）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Qal+pl）、第四系殘積層（Qel）及燕山期花崗巖層（γ）。各土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Physico-mechanical Parameters of Soil Layers

1.3 水文地質(zhì)概況

本場(chǎng)地地下水主要為第四系孔隙潛水，其中填土（石）的透水性與填料成份有關(guān)，碎、塊石含量較高地段透水性較強(qiáng)、粘性土含量較高地段透水性較弱，整體為強(qiáng)透水地層。含有機(jī)質(zhì)中砂及粗砂層屬?gòu)?qiáng)透水層，受上部隔水地層的影響，砂土層中地下水具微承壓性。其余第四系地層為弱透水性地層。其次為基巖裂隙水，其透水性差，屬弱透水層。

地下水接受大氣降水、人工湖水及海水的補(bǔ)給，與地表水體存在密切的水力聯(lián)系?？辈炱陂g測(cè)得鉆孔中混合穩(wěn)定水位埋深0.80～7.20 m，標(biāo)高-2.03～4.18 m，地下水位年變化幅度約為1.00～3.00 m。地下水水位受季節(jié)及潮汐作用影響。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案

基坑工程主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：①周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)：周邊建（構(gòu)）筑物、道路的路面沉降監(jiān)測(cè)；②圍護(hù)樁頂?shù)乃轿灰坪统两当O(jiān)測(cè)；③立柱的水平位移和沉降監(jiān)測(cè)；④地下水位監(jiān)測(cè)；⑤混凝土支撐的軸力監(jiān)測(cè)；⑥支護(hù)樁應(yīng)力監(jiān)測(cè)；⑦深層水平位移監(jiān)測(cè)。

其中，圍護(hù)樁頂水平位移和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)32 個(gè)，周邊道路及建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)28個(gè)，支撐立柱樁頂水平位移和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)36個(gè)，支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)105個(gè)（每層支撐35個(gè)點(diǎn)，共計(jì)3層），圍護(hù)樁深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)32個(gè)，圍護(hù)樁內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)17個(gè)，地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)20個(gè)，主要分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布示意圖如圖2所示。

圖2 基坑部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布Fig.2 Distribution of Monitoring Points in the Excavation Engineering

3 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

3.1 樁頂水平位移分析

樁頂水平位移是反映基坑變形程度的重要指標(biāo)。通過(guò)測(cè)量樁頂水平位移可以預(yù)測(cè)周圍建筑物和管線的橫向位移趨勢(shì)，從而評(píng)估基坑變形對(duì)周圍環(huán)境的影響。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取具有代表性的測(cè)點(diǎn)ZQ04、ZQ07、ZQ11、ZQ18、ZQ23 進(jìn) 行 分 析。ZQ04、ZQ07、ZQ11測(cè)點(diǎn)位于基坑長(zhǎng)邊，ZQ18、ZQ32測(cè)點(diǎn)位于基坑短邊，其樁頂水平位移隨時(shí)間變化曲線如圖3 所示。位移為正，樁頂變形朝向基坑內(nèi)部；位移為負(fù)，則朝向基坑外側(cè)。

圖3 樁頂水平位移與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.3 The Relationship Curve between Pile Top Horizontal Displacement with Time

由圖3可知，在工程早期，樁頂水平位移增加較為平緩，說(shuō)明在基坑開(kāi)挖之前設(shè)置的冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐對(duì)灌注樁的樁頂位移產(chǎn)生了限制作用，因此樁頂位移沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。隨著施工的進(jìn)行，主動(dòng)土壓力增大，該限制作用減弱。另一方面工程中期開(kāi)挖對(duì)應(yīng)土層為淤泥質(zhì)土層和粉質(zhì)粘土層，圍護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)較大主動(dòng)土壓力，累計(jì)水平位移有明顯增加趨勢(shì)。因此在開(kāi)挖中需針對(duì)軟弱地層控制分層開(kāi)挖的深度。2019 年9 月以后，工程進(jìn)入后期，水平位移再次趨于平緩。樁頂水平位移的增加呈“先慢后快再慢”的趨勢(shì)。最大樁頂水平位移為12.32 mm，此時(shí)基坑變形基本結(jié)束，監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形控制要求水平位移不大于0.3%H，且不能超過(guò)30 mm，實(shí)際最大值小于報(bào)警值。另外，各個(gè)測(cè)點(diǎn)累計(jì)水平位移曲線的大致趨勢(shì)一致，但變化數(shù)值有差異，體現(xiàn)了基坑的時(shí)空效應(yīng)。

3.2 樁頂豎向沉降分析

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取具有代表性的測(cè)點(diǎn)ZQ06、ZQ10、ZQ15、ZQ22、ZQ25 進(jìn)行分析。其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQ15 位于基坑短邊，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQ06、ZQ10、ZQ22 和ZQ25位于基坑長(zhǎng)邊。樁頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖4可知，隨著各層內(nèi)支撐施工完成，不同施工階段的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)樁頂豎向位移增大，說(shuō)明基坑工程時(shí)間越長(zhǎng)，施工對(duì)土體的擾動(dòng)越大。在2019 年11 月5 日以后，各測(cè)點(diǎn)累計(jì)豎向位移變化均趨于平緩，沉降不再增大，因?yàn)榇藭r(shí)結(jié)構(gòu)支護(hù)已經(jīng)完成。樁頂最大沉降數(shù)值為15.99 mm，小于警報(bào)值，該值出現(xiàn)在2019年11月5 日，測(cè)點(diǎn)位置編號(hào)為ZQ22。各測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)大致相同，但數(shù)值有所差異，主要受到施工機(jī)械荷載的影響。

圖4 樁頂沉降與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.4 The Relationship Curve between Pile Top Settlement with Time

ZQ22 和ZQ25 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置較近，累計(jì)沉降的變化趨勢(shì)和數(shù)值均接近，其值較其他測(cè)點(diǎn)的位移量明顯偏大，這是由于測(cè)點(diǎn)附近設(shè)置出土坡道，圍護(hù)樁承受施工機(jī)械和渣土車豎向荷載。為了確?；邮┕さ陌踩?，必須嚴(yán)格控制基坑周圍的荷載情況，并按照基坑設(shè)計(jì)的要求，控制圍護(hù)樁樁底沉渣厚度。

3.3 深層水平位移分析

選取具有代表性的測(cè)點(diǎn)CX9、CX10、CX22進(jìn)行分析，其測(cè)斜曲線如圖5 所示，測(cè)斜位移為正，則朝向基坑內(nèi)部；位移為負(fù)，則朝向基坑外側(cè)。對(duì)比圖5分析可得到以下規(guī)律：

圖5 測(cè)斜曲線Fig.5 The Curve of the Lateral Displacement

⑴測(cè)斜管隨圍護(hù)樁鋼筋籠安裝，測(cè)點(diǎn)按1 次/m測(cè)量。深層水平位移最大值均為15 mm 左右，小于報(bào)警值，符合《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50497—2019》要求。深層水平位移隨時(shí)間增大而不斷發(fā)展，且最大值出現(xiàn)的深度也隨時(shí)間變化而改變，開(kāi)挖到設(shè)計(jì)挖深后深層水平位移最大值變化才趨于穩(wěn)定，后續(xù)的拆換撐施工中，圍護(hù)墻的最大水平位移仍會(huì)發(fā)展，但最深處的水平位移會(huì)逐漸減小。

⑵圍護(hù)樁深層水平位移均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，即曲線呈“兩頭小、中間大”的形狀。深層水平位移最大值出現(xiàn)在深度為5 m左右處。一般工程在開(kāi)挖階段，所有的測(cè)點(diǎn)的最大位移量出現(xiàn)的深度都接近于挖深大小，最大位移量出現(xiàn)的深度可以近似于最危險(xiǎn)點(diǎn)，分析其原因，主要是基坑中上部開(kāi)挖地層主要為填土和淤泥，圍護(hù)樁深層水平位移在開(kāi)挖至第二道支撐面最大，隨著深度增大，下部地層主要為殘積層和燕山期花崗巖層，且支撐施工完成后，深層水平位移得到有效控制。

3.4 支撐軸力分析

項(xiàng)目采用三道內(nèi)支撐支護(hù)形式，選取5 個(gè)具有代表性的軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZCL-A01、ZCL-A11、ZCL-A16、ZCL-B13 和ZCL-C27，支撐軸力與時(shí)間關(guān)系曲線如圖6所示（軸力為正，則內(nèi)支撐受壓；軸力為負(fù)，則內(nèi)支撐受拉）。其中ZCL-A01、ZCL-A11、ZCL-A16 為第一道內(nèi)支撐上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，ZCL-B13 為第二道內(nèi)支撐上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，ZCL-C27為第三道內(nèi)支撐上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖6 支撐軸力和時(shí)間關(guān)系曲線Fig.6 The Relationship Curve of Support Axis Force with Time

由圖6 可知，內(nèi)支撐軸力隨著基坑開(kāi)挖的深度增加，總體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，軸力最大值為11 163.6 kN，三道支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)軸力均小于報(bào)警值，符合設(shè)計(jì)要求?；右还膊荚O(shè)三道內(nèi)支撐，第二道和第三道內(nèi)支撐布置完成后，第一道支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZCL-A11、ZCL-A15、ZCL-A16的軸力明顯下降，說(shuō)明后兩道支撐有效地承擔(dān)土體主動(dòng)壓力。三道支撐布設(shè)完成后，土體的主要壓力由三道支撐共同承擔(dān)，軸力逐漸上升，在基坑深度接近開(kāi)挖深度時(shí)，軸力變化曲線趨于平緩。第一道支撐的3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的軸力曲線的變化趨勢(shì)高度相似，尤其是ZCL-A11 和ZCL-A16 測(cè)點(diǎn)的曲線，但是測(cè)點(diǎn)位置不同，數(shù)值差異較大，ZCL-A01測(cè)點(diǎn)位于坑角處，其軸力明顯較同一支撐的其他測(cè)點(diǎn)偏小。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從實(shí)測(cè)的深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出發(fā)，對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和軸力，做了較為全面的總結(jié)與分析，得出以下結(jié)論：

⑴在工程早期，樁頂水平位移增加較為平緩，基坑開(kāi)挖之前設(shè)置的冠梁和第一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐對(duì)灌注樁的樁頂位移產(chǎn)生了限制作用，隨著施工的進(jìn)行，主動(dòng)土壓力增大，該限制作用減弱。工程進(jìn)入后期，水平位移再次趨于平緩。

⑵隨著各層內(nèi)支撐施工完成，土方開(kāi)挖量增大，各種大型施工機(jī)械對(duì)圍護(hù)樁的施工擾動(dòng)明顯，出土坡道位置圍護(hù)樁沉降量較大，在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制樁底沉渣。

⑶深層水平位移最大值約為15 mm，小于報(bào)警值，滿足《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50497—2019》的要求，深層水平位移曲線呈“兩頭小，中間大”的形狀。深度小的土層為軟土，隨著深度增大，土層物理力學(xué)指標(biāo)較高，圍護(hù)樁深層水平位移最大值出現(xiàn)深度不是在坑底部位。

⑷支撐軸力和時(shí)間關(guān)系曲線顯示，基坑內(nèi)支撐能夠有效地分擔(dān)土體的主動(dòng)土壓力，內(nèi)支撐拐角處的軸力明顯偏小，體現(xiàn)“坑角效應(yīng)”。該深基坑項(xiàng)目采用的“密排灌注樁+旋噴樁截水帷幕+三道內(nèi)支撐”支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效地控制基坑的變形，保證基坑施工過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。