软土地区超大深基坑分区开挖对地下连续墙竖向位移的影响

2016-12-05林佐江张秀川赵宝陈玲陶佩马万龙

天津建设科技 2016年5期

□文/林佐江张秀川赵宝陈玲陶佩马万龙

□文/林佐江张秀川赵宝陈玲陶佩马万龙

某工程为超大超深基坑，周边环境复杂，基坑设计形式多样化，既有钢筋混凝土内支撑，又有伺服系统钢支撑，既有作为永久结构的地下连续墙，又有为分区施工而设置的临时地下连续墙。该基坑采用分区土方开挖方案，文章结合对基坑分区开挖各阶段地下连续墙墙顶竖向位移的监测统计结果，讨论了超大深基坑分区开挖对地下连续墙墙顶竖向位移的影响并对产生该影响的原因进行了初步分析。

深基坑；分区开挖；围护结构；位移；地下连续墙；竖向

1　工程概况

某工程地上8层，地下5层，框架剪力墙结构，总建筑面积为203 300 m2，其中地下总建筑面积为66 200 m2，地上总建筑面积为137 000 m2。地上建筑主体高度48.30 m，基坑面积约为13 000 m2，基底标高-19.060 m。该基坑呈不规则四边形，基坑边长约为550 m。

2　支护设计概况

该工程围护体系采用地下连续墙，厚度1 000 mm，设计深度分为33.5、35 m两种，其中33.5 m深的有47幅，35 m深的有11幅，接头形式均为工字形型钢接头。

因工程周边环境复杂，存在多处临近基坑的历史风貌保护建筑且基坑紧邻已运营的城市地铁干线，故通过设置3道临时地下连续墙将大基坑划分为4个小基坑独立施工，临时地下连续墙厚度为1 000 mm，设计深度为33.5 m，接头形式为锁口管，共有25幅。

内支撑体系分2种，其中一区、二区与四区采用3道钢筋混凝土内支撑，三区因临近地铁，采用1道钢筋混凝土内支撑+3道伺服系统钢支撑，见图1。

图1　支撑

混凝土等级水下C35，抗渗等级P8级。外侧围护采用工字钢刚性接头，内侧分隔墙采用柔性锁口管接头。刚性接头地下连续墙预留2根注浆管，每幅墙注浆量≮2 m3，注浆材料用P.O42.5硅酸盐水泥。

3　施工要求

根据支护形式及设计要求，考虑周边的安全性，施工先远地铁，后近地铁，相邻基坑不同时开挖，先期施工基坑待地下结构底板完工后，方可施工相邻基坑，首道支撑先行施工。

具体施工要求如下：

1）基坑开挖要求充分考虑“时空效应”；

2）根据工程筹划及施工进度计划，结构基坑平面形状，整个基坑划分为4个区，区域划分通过设置临时地下连续墙分开，见图2，施工顺序为一区→二区→三区、四区，基坑施工均采用顺筑法，其中一区基坑面积约5 057 m2，二区基坑面积约为5 907 m2，三区基坑面积约为1 274 m2，四区基坑面积约为814 m2；

3）前一区域基础底板施工完毕后，开始开挖下一区域土方。

图2　基坑与地铁车站关系

4　围护结构竖向位移监测设计

按照GB50497—2009《建筑基坑工程监测技术规范》的规定，确定本基坑等级为一级，属于超深基坑。监测的项目：地下连续墙深部水平位移、地下连续墙顶部水平位移、地下连续墙顶部竖向位移、立柱沉降、支撑轴力、地下水位、周边建筑物竖向位移及倾斜、周边地下管线变形、周边地表沉降。

本文重点对地下连续墙顶部竖向位移监测与基坑分区开挖之间的关系做分析与探讨，地下连续墙顶部竖向位移监测点与其水平位移监测点共用，见图3。

图3　地下连续墙墙顶竖向位移监测布点

5　工程地质条件

工程地质条件见表1。

表1　地质概况m

5.1水层分布

工程场区地表下约50.00 m深度范围内可划分为3个含水层：潜水含水层、第一承压含水层、第二承压含水层。

5.2地下水补径排关系

1）潜水。天然动态类型属渗入-蒸发径流型，主要接受大气降水入渗、绿化灌溉入渗和地表水体渗漏补给，排泄方式主要为蒸发、地下水侧向径流和垂向越流。本工程场区所在区域该层地下水总体流向为自北西向南东，水位变幅0.50～1.00 m/a。

2）承压水。天然动态类型属渗入-径流型，以越流补给、地下水侧向径流和“天窗”渗漏补给为主，排泄方式主要为侧向径流和越流。本工程场区所在区域该层地下水总体流向为自北西向南东。

5.3地下水位

勘察期间测得场地地下潜水水位：初见水位2.00～3.20 m，相当于标高0.15～-0.66 m；静止水位1.20～1.70 m，相当于标高1.05～0.95 m。

拟建场地浅层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化，变幅一般为0.50～1.00 m/a，见图4。

图4　基坑剖面与工程地质关系

6　各区域土方开挖施工

本工程土方开挖与内支撑施工交叉进行，见表2-表5。

表2　一区土方开挖参数

表3　二区土方开挖参数

表4　三区土方开挖各施工参数

表5　四区土方开挖各施工参数

7　施工周期

各区域深基坑施工周期见表6。

表6　各施工阶段时间周期

8　地下连续墙墙顶位移随开挖时间的数值变化分析

在施工过程中，对各区域地下连续墙墙顶竖向位移进行监测并将监测数据进行汇总，由于监测量比较大，故本文仅选取JC1、JC3、JC4、JC5、JC7、JC8、JC11、JC13、JC15、JC17、JC24、JC26、JC29进行分析，见图5-图8。

图5　JC1、JC3、JC24、JC26、JC29竖向位移监测曲线

图6　JC4、JC5、JC7、JC8、JC17竖向位移监测曲线

图7　JC11、JC13竖向位移监测曲线

图8　JC15竖向位移监测曲线

由图5-图8可以明显的看出：

1）地下连续墙墙顶竖向位移一般发生在第2步土方开挖之后，第1步土方开挖时变形不明显，第2步土方开挖完时一区JC26上升6 mm、二区JC5上升6 mm、三区JC11上升5.2 mm、四区JC15上升0.8 mm；

2）从第3步土方开挖开始到基础底板施工完毕这段期间，地下连续墙墙顶竖向位移变化趋势最明显，其中一区JC26上升至18 mm、二区JC5上升至24 mm、三区JC11上升至19 mm、四区JC15上升至11.5 mm；

3）基础底板施工完毕30～45 d时间内，地下连续墙墙顶竖向位移变化不明显，数据较为稳定，曲线较为平缓，超过此时间阶段后，又开始呈现上升趋势，至结构施工至正负零时，监测数据开始平缓；

4）先开挖区域地下连续墙墙顶竖向位移比后开挖区域地下连续墙墙顶竖向位移变化范围大，约相差10 mm；

5）大基坑比小基坑变化范围大，时空效应影响比较显著。

9　地下连续墙墙顶位移随开挖土方量的数值变化分析

地下连续墙墙顶位移随开挖土方量的数值变化见图9-图12。

图9　JC1、JC3、JC24、JC26、JC29竖向位移监测曲线

图10　JC4、JC5、JC7、JC8、JC17竖向位移监测曲线

图11　JC11、JC13竖向位移监测曲线

图12　JC15竖向位移监测曲线

由图9-图12可以分析出如下几个特点：

1）各区域各监测点地下连续墙墙顶竖向位移随土方开挖的变化趋势是基本一致的；

2）临时地下连续墙（分隔墙）的变形量低于围护地下连续墙的变形量；

3）一区围护墙JC3监测点墙顶竖向位移与土方开挖量的关系为2.15 mm/万m3，临时墙JC29监测点墙顶竖向位移与土方开挖量关系为1.26 mm/万m3；二区围护墙JC5监测点墙顶竖向位移与土方开挖量的关系为2.03 mm/万m3，临时墙JC17监测点墙顶竖向位移与土方开挖量关系为0.95 mm/万m3；三区围护墙JC13监测点墙顶竖向位移与土方开挖量的关系为8.43 mm/万m3；四区围护墙JC15监测点墙顶竖向位移与土方开挖量的关系为7.57 mm/万m3。

从该计算数据中可以看出，围护墙墙顶竖向位移变化量及变化速率均大于临时墙，后期开挖区域的围护墙竖向位移变化速率大于先期开挖的围护墙。