上海地区小型深基坑变形性状实测分析

2018-09-10刘冬冬徐世洪杨柠菠

建筑施工 2018年4期

刘冬冬徐世洪周鑫杨柠菠田旭

中建三局成都分公司四川成都 610041

随着城市建设的发展，在密集建筑群中，连接各地下空间的连通通道也不断涌现。这些通道基坑一般具有规模小、施工条件不便、地质条件差等特点；同时，基坑周边环境较为复杂，常存在大型建筑以及大量的地下市政管线，这些管线受基坑开挖影响较大[1-2]。

国内外学者对基坑围护结构变形以及基坑开挖对周边地层和管线影响做了大量的研究[3-5]。在时间效应方面，刘建航等[6]以软土地区基坑为研究对象，阐述了基坑变形机制，并总结了基坑变形的计算方法。Hsieh等[7]根据中国台湾10个基坑工程实例提出了三角形和凹槽形2种墙后地表沉降形态的预测曲线；2011年，Ou等[8]对该曲线进行修正。张陈蓉等[9]基于位移控制理论，对板式支护体系由于基坑而引起的周边自由土体位移场的分布规律进行了探讨，并基于地下管线的自身承受能力，提出了基坑开挖对管线保护的变形控制标准。袁小平等[10]采用三维有限元对基坑未加支撑、加支撑、支撑刚度及周围土体的弹性模量和支护结构刚度等因素对管线的影响进行了研究。

本文基于上海市虹桥03北地块地下连接通道基坑施工监测数据，分析了连续开挖基坑施工过程中围护结构侧向位移、坑外地表沉降的变化规律，并提出了减小变形的措施，以期为类似工程的设计和施工提供借鉴。

1 工程概况

新建连通道位于上海市虹桥03北地块，该通道下穿申虹路，连接本地块项目1与项目2的地下2层空间。申虹路为已完工的市政道路，施工场地下方有较多雨水、污水、信息等市政管线，在申虹路连通道基坑施工前，已将申虹路连通道区域内的管线搬迁至项目2场地内。工程为现浇钢筋混凝土框架结构，长30.2 m、宽36.6 m，结构层高6.95 m，基础底板厚度为1.0 m，梁板混凝土强度等级C35，抗渗等级为P8。基坑呈矩形，面积约1 167 m2，基坑挖深为13.30～14.50 m（图1）。

图1 基坑平面及测点布置

2 水文地质概况

由勘察得到地表以下32.04 m范围内为第四系河口、滨海、浅海、沼泽相沉积层，由黏性土、粉性土以及砂土组成，具有成层分布的特点。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异可划分为6个主要层次，依次为：①杂填土、②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤黏土和粉质黏土、⑥粉质黏土。

拟建场地浅部潜水水位动态变化主要受控于大气降水和地面蒸发，因此潜水水位高低主要取决于降雨量的大小和雨期持续时间的长短，水位呈季节性波动。根据上海市工程建设规范DGJ 08-37—2012《岩土工程勘察规范》，年均地下水高水位埋深为0.50 m，低水位埋深为1.50 m，拟建场地⑦层为上海地区第一承压含水层，主要受垂直向越流补给。根据上海地区区域资料，承压水水头一般为地面下3～11 m，呈周期性变化。根据本次勘察于第一承压含水层⑦层中布设的承压水观测孔的水位观测资料，勘察期间实测场地第⑦层承压水水头埋深在7.23～7.32 m之间，其相应标高在－3.54～－2.54 m之间。

根据上海市工程建设规范，按第⑦层最高承压水位埋深3.0 m，最浅顶板埋深29.7 m（G22孔），基坑开挖深度13.1 m验算，其抗承压水头的稳定性安全系数为1.11，大于1.05的安全系数要求，故基坑开挖时可不考虑场地第一承压水层对本工程的影响。

3 支护方案和施工流程

3.1 支护方案

本工程围护结构施工主要涉及钻孔灌注桩（包括钢立柱）、三轴搅拌桩止水帷幕、高压旋喷桩加固。

本连接通道的东西两侧为D15、D21地块既有地下连续墙，厚800 mm、深36 m（该围护墙体为D21及D15地块原有围护结构）；南北两侧皆为φ950 mm@1 150 mm钻孔灌注桩围护墙，桩长30.6～31.5 m，外侧采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩止水帷幕；灌注桩与D21及D15地块地下连续墙间采用旋喷桩密实止水，深入坑底下约7 m。

支撑体系采用3道钢筋混凝土对撑，钢筋混凝土支撑断面主要尺寸有800 mm×800 mm、700 mm×900 mm、1 200 mm×900 mm、1 300 mm×900 mm等；非取土平台下格构柱截面尺寸为420 mm×420 mm，采用4∠140 mm×14 mm，取土平台下格构柱截面尺寸为420 mm×420 mm，采用4∠160 mm×16 mm，角钢钢材均为Q345B；本工程立柱桩采用工程桩。

3.2 施工流程

桩基、围护施工→开槽施工顶圈梁及第1道混凝土支撑→第1道支撑达到设计强度后，开挖至第2道支撑底，施工围檩及第2道支撑→第2道支撑施工完毕后，开挖至第3道支撑底，施工围檩及第3道支撑→第3道支撑施工完毕后开挖至坑底并及时浇筑素混凝土垫层→浇筑地道B2板（底板），待达到设计强度后，拆除第3道支撑→浇筑剩余地道结构→凿除第2道支撑下方两侧地块的地下连续墙，浇筑地块与地道连接段结构→待地道和连接段达到设计强度后，拆除第2道支撑→回填土至第1道支撑底，拆除支撑，管线回搬、恢复路面。

4 监测方案

以基坑施工区域周围2倍基坑开挖深度范围内的地下管线和基坑围护结构本身，以及基坑周边2倍挖深范围内的地面沉降，作为本工程监测及保护的对象。

本基坑工程主要监测内容为：

1）钻孔灌注桩顶水平和垂直位移监测（测点Q）、钻孔灌注桩墙身水平位移监测（墙体测斜，测点C）。

2）墙后地表沉降监测：在基坑周围布置2组测点，监测基坑周围地表的变形，编号为D24-1～D24-4和D25-1～D25-4。

3）支撑轴力监测：在基坑施工时在基坑内部各道支撑上布置支撑轴力监测点（测点ZC）。

5 实测结果分析

5.1 围护结构侧向位移

从测点C23处各个施工阶段围护桩水平位移沿深度方向的变化（图2）可以看出，围护桩桩身水平位移在各施工阶段的变化规律相同。首先桩身水平位移在深度方向表现为上下两端小、中间大的规律，整体表现为“纺锤状”，和以往学者得出的有支撑基坑围护结构变形规律相同。其次，桩身水平位移在基坑开挖过程中不断变大，其中深层土体的开挖对桩身水平位移的影响比开挖浅层土体显著。同时，随着开挖深度的不断增加，桩身水平位移最大值位置也逐渐下降，但在底板浇筑完成前，虽然桩身水平位移有较大增加，但最大值位置有所上升。另外，由图2还可以看出底板浇筑有效地抑制了围护桩桩身水平位移的增加。

图2 C23测点测斜曲线

从桩身水平位移最大值（δm）与开挖深度（He）的关系（图3）中可以看出，本基坑围护桩水平位移最大值的变化范围为（－0.004 5＋0.001 5He）～（0.006 0＋0.001 5He）。对于华东软土地区深基坑围护结构的变形性状，目前已有一些学者进行统计。王卫东等[5]得出的上海地区采用钻孔灌注桩围护的基坑桩身水平位移最大值（δm）的变化范围为（0.10%～1.00%）He，其上下限值均大于本工程相应的统计（开挖深度较小时除外），表明本工程采用的围护方案将基坑围护结构侧移值控制在合理的范围之内。

5.2 围护桩桩顶垂直位移

由围护桩桩顶垂直位移与基坑开挖深度之间的关系（图4）可以看出，随着基坑开挖深度的增加，围护桩桩顶垂直位移也不断增加，且在基坑开挖过程中，围护桩桩顶垂直位移位于（0.015%～0.100%）He之间，除开挖深度较小时部分点外，大部分位于（0.015%～0.100%）He范围内。在开挖深度较小时，两者之间比例系数小于开挖深度较大时的比例系数，这是由于随着基坑开挖深度的增加，主动区侧向土压力逐渐增大，而开挖面以上的支撑限制围护结构变形的能力相对减弱，且开挖土层也逐渐由粉土进入淤泥质黏土层，因此围护桩垂直位移与开挖深度比例系数逐渐增大。

图3 围护桩桩身最大侧移与开挖深度关系

图4 围护桩桩顶垂直侧移与开挖深度关系

5.3 墙后地表沉降

由监测点D24和D25处墙后地表沉降值随基坑开挖的变化（图5、图6）可以发现，墙后地表沉降在基坑开挖的各个阶段，基本表现出相似的变形规律，即在距离基坑围护结构较近的位置处达到最大值，之后随着距离的增加，地表沉降逐渐减小，具体表现形式为地表沉降出现明显的沉降槽；同时各测点的地表沉降均随着开挖深度的加深而变大；最后，底板浇筑完成后的沉降曲线显示，浇筑底板可以有效地抑制墙后地表的沉降。

图5 D24地表沉降曲线

图6 D25地表沉降曲线

从D24和D25组测点中最大地表沉降随时间变化曲线（图7）可以看出，2组测点处最大地表沉降在基坑开挖前期（55 d之前）随着时间的推移近似呈线性变化，2组测点处最大地表沉降数值和变化规律基本一致，这主要是由于2组测点位于基坑的对称位置，有相同的围护条件和空间条件。在底板浇筑完成后（55 d），地表沉降基本不再变化，可见墙后地表沉降在地板浇筑后得到了有效的控制。