异形基坑开挖期间SMW工法支护监测分析

□文/赵梦晨 童刚强

异形基坑开挖期间SMW工法支护监测分析

□文/赵梦晨 童刚强

某地铁车站风道及出入口合建基坑为异形深基坑，开挖过程中发生了较大变形。结合现场施工工况，对不同阶段桩体水平位移、桩顶竖向位移及周边地表沉降等监测数据进行了分析，结果表明异形基坑除了具有一般基坑的变形规律外，还具有其独特性，对于异形基坑的支护设计应采取一些针对性的措施。

异形基坑；SMW工法桩；变形；监测

地铁车站常修建在城市中心区域，周边建（构）筑物较多[1]，场地受到限制，只能采用形状不规则的异形基坑[2]。对于深大的异形基坑工程，其内支撑结构体系的设计难度更是高于一般的长条形地铁基坑[3]；同时地铁出入口及风道一般都在车站主体施工完成后进行施工，靠近车站主体一侧不便于支撑架设，给出入口及风道基坑支护带来了很大麻烦。为掌握这类基坑的变形规律，给设计提供有力的参考，对基坑进行监测分析是很有必要的。

1　工程概况

1.1基坑支护

某地铁车站风道及出入口合建基坑为异形深基坑，基坑西侧为已施工完成地铁车站主体结构，东侧长边68.2 m，南北两侧短边长15.5～26.0 m，基坑开挖深度9.8m，采用明挖法施工。围护结构采用SMW工法桩，桩径φ850 mm，间距600 mm，水泥土搅拌桩内插型钢（隔一插一），其间距1.2 m，基坑内支撑采用两道φ600 mm×16mm钢管撑。

1.2地质情况

本场地地层有第四系全新统人工填土层、第I陆相层、第I海相层及第II陆相层，岩性主要为粘性土、粉土及粉砂。基坑底部位于45淤泥质粘土层,局部位于41，42粉质粘土层，工程性质较差。

赋存于第II陆相层及以下粉砂及粉土的地下水具有微承压性，为微承压水。微承压水以第II陆相层61粉质粘土为隔水顶板。62粉土、64粉砂、72粉土、92粉土、94粉砂、95细砂、99粉砂为主要含水地层，含水层厚度较大，分布相对稳定。

2　监测方案

基坑周边无重要建筑物及管线，主要风险源在基坑本身，因此基坑自身安全将作为本次监测的重点。监测项目包括地表沉降、地下水位、桩顶竖向位移、桩顶水平位移、桩体水平位移以及支撑轴力等。基坑开挖过程中，部分监测数据超出了控制值，将这部分数据作为本次分析的重点，见图1。

图1　基坑平面及部分监测点布置

3　监测结果分析

3.1土方开挖主要施工工况

工况一开始开挖第一道支撑下方土体；工况二土方开挖至第二道支撑位置；工况三北侧基坑开挖至基底（随挖随支第二道支撑）；工况四北侧垫层施工完成；工况五南侧基坑开挖至基底（随挖随支第二道支撑）；工况六南侧垫层施工完成。

3.2桩体水平位移

该基坑桩体水平位移共设置了9个测斜孔，其中CX3、CX6在施工过程中被破坏。监测结果表明监测点CX7最大水平位移达到了+58.75 mm，超过了设计控制值（±50mm，+表示向基坑内侧）见图2-图5。

图2　测斜CX7不同深度水平位移时程曲线

图3　CX7不同时间桩体水平位移

图4　CX1不同时间桩体水平位移

图5　部分桩体最终变形

从图2和图3可以看出，CX7在11月15日—11月18日和12月1日—12月4日两个阶段桩体发生了明显的变形，特别是土方挖至基底时，桩体水平位移单日变化量达到了+28.09 mm/d，说明生位移的主要原因是基坑内土体挖走后，钢支撑架设不及时造成的。此基坑在土方开挖过程中采用随挖随支，从挖土完毕至钢支撑架设并施加预加轴力，中间时间间隔太长，桩体水平位移无法得到及时抑制，导致桩体变形发展完全。

CX1最大位移发生在-4.5 m处，接近基坑深度1/2的位置，而在桩体-6 m处，桩体向土体内侧凹进，主要是由于第二道钢支撑对桩体的约束作用造成的，符合在有支撑情况下桩体变形的一般规律。CX7在挖至第二道支撑位置并架设第二道支撑后，由于受到支撑的约束，在-6m处向土体内侧凹进，但随着土体的不断卸载，桩体位移不断加大，最终形成“鼓肚”，最大位移发生在-7 m的位置，基本和第二道支撑位置（-6.7 m）重合，说明第二道钢支撑对桩体的约束作用越来越小。对比图3和图4，随着土方不断开挖至基坑底部，CX7变形在不断扩大，而CX1在土方挖至基坑底部之前变形是向基坑内侧，当挖至基坑底部时桩体变形转向基坑外侧，变形量远小于CX7。

从图5可以看出，基坑东侧长边的桩体变形远大于南北两侧短边的桩体变形，综合分析说明基坑平面异形，钢支撑两端受到的土压力不平衡，同根支撑与钢围檩的夹角不同，支撑轴力对土压力大的长边一侧贡献反而更小，造成了基坑两侧变形不一致。当土体挖至第二道支撑位置（-6.7 m）处，由于两侧土压力都不大，钢支撑尚能发挥作用，随着土方挖至基坑底部，这种不平衡越来越明显，围护结构有向短边一侧移动的趋势。

3.3地表沉降监测分析

该基坑外地表沉降共布置了9组监测断面，每个监测断面5个监测点，选取每组监测断面中沉降（隆起）最大的点进行分析，见图6。

图6　地表沉降/隆起时程曲线

从图6可以看出，地表监测点DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7、DBC8累计沉降值分别达到了-57.13、-71.07、-59.10、-67.60、-84.67、-80.47 mm，均超过了报警值（-30/+10 mm）。由表1可知DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7、DBC8单日沉降速率也超过了报警值，最大值发生在土方开挖至基底时，随着钢支撑架设完毕后地表沉降慢慢趋于稳定。说明基坑内侧土体卸载，造成桩体向基坑内侧移动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桩顶竖向位移

该基坑共布设了9个桩顶竖向位移监测点，选取部分数据进行分析，见图7。

图7　桩顶竖向位移时程曲线

从图7可以看出，桩体基本都是隆起的，累计值都在预警范围以内，但单日变化量ZQC7达到了+4.35 mm，超过了预警值（±4mm，+表隆起），对应时间点为12月2日。从整个时程曲线来看，桩体竖向位移发生明显变化的主要集中在基坑土方开挖期间，说明基坑内土体卸载，坑底土体隆起使围护桩也随之上浮。

4　结论及建议

施工监测数据表明，部分基坑监测数据超过了监测控制值，特别是在土方开挖至基坑底部时，桩体水平位移变化明显，地表沉降急剧增加，基坑处于非常危险状态。

1）土体卸载引起桩体水平位移扩大，支撑架设后桩体水平位移得到了一定的抑制。因此，合理安排施工步序，及时安装钢支撑并施加轴力对控制基坑变形是非常有利的。建议施工过程中尽量做到先撑后挖，禁止超挖。

2）该异形基坑支护全部采用斜撑，钢支撑与长边围檩夹角较小，基坑长边和短边桩体水平位移和地表沉降差异明显，基坑围护结构整体有向短边移动的趋势。说明基坑两边土压力不平衡，支撑轴力对基坑两边贡献不均对基坑的变形有很大的影响。因此，建议在基坑长边采用型钢密插或加大型钢尺寸以增加型钢的刚度并适当加大桩体的插入比。

[1]陈禹，高超，李竹，等.某地铁车站基坑施工监测[J].建筑科学，2012，（S1）：242-245．

[2]谢秀栋，张林，何宗儒.异形基坑施工变形特性分析[J].长春工程学院学报（自然科学版），2013，14（4）：23-26.

[3]刘润，闫玥，闫澍旺.支撑位置对基坑整体稳定性的影响[J].岩石力学与工程学报，2006，25（1）：174-178．

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

□童刚强/天津市地下铁道集团有限公司。

□TU433

□C

□1008-3197（2015）02-62-03

□2014-12-04

□赵梦晨/男，1974年出生，高级工程师，硕士，天津市地下铁道集团有限公司，从事地铁工程技术与管理工作。