滨海软土地区基坑变形监测分析研究

文/宋彦杰 岳 彬

天津滨海新区自晚更新世～全新世以来，海水进退、河流迁徙改道等形成了包括海相淤积、泻湖相沉积、河流冲积、三角洲沉积等多种成因的地基土，地质条件复杂。轨道交通B1 线为滨海新区第一条开工建设地铁线路，之前无地铁基坑施工经验，为此，本文以B1线某地铁车站为依托，对其施工过程中监测数据进行分析，总结地铁车站施工期间基坑变形规律，为今后类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 工程地质特点

车站所处地段属冲积平原，地形较平坦，影响范围内地层主要为第四系全新统人工填土层、全新统上组陆相冲积层、全新统中组海相沉积层及全新统下组沼泽相沉积层。基坑开挖范围内①1杂填土、①2素填土、⑥2-1淤泥质黏土、⑥2-2粉砂、⑥2-4淤泥质黏土、⑥3粉砂、⑥4粉质黏土和⑦粉质黏土；基底以下地下连续墙范围内土层主要为⑧1粉质黏土、⑧2砂质粉土、⑨1粉质黏土、⑩1-1黏土和⑩1粉质黏土。

场地表层地下水类型主要为第四系孔隙潜水，埋藏较浅，勘测期间，初见埋深2.0～2.8 m（高程0.44～-0.01 m），静止埋深1.30～2.40 m（高程1.23～0.47 m）。第一承压水层主要为全新统第Ⅱ陆相河床～河漫滩相沉积层砂质粉土、粉砂（地层编号⑧2），水头埋深6.20 m，相当于大沽标高-3.40 m。第二承压含水层主要指上更新统第Ⅲ陆相河床～河漫滩相沉积层砂质粉土（地层编号⑨2），拟建场地缺失该层。第三承压含水层主要指上更新统第Ⅱ海相滨海～潮汐带相沉积层粉砂（地层编号⑩2），第四承压含水层主要指上更新统第Ⅳ陆相河床～河漫滩相沉积层粉砂（地层编号○12），第三、四承压含水层水头埋深13.30 m，相当于大沽标高-10.50 m。

1.2 基坑支护体系及开挖方案

车站主体为12 m 宽岛式站台，两层双柱（局部单柱）结构，总长度为539.7 m，标准段宽度为21.1 m，高度为13.89 m，有效站台中心位置顶板覆土厚度约4.0 m。基坑标准段深约18.14 m，围护结构采用0.8 m 厚地下连续墙，地下连续墙入土深18.36 m，入土比约1.01，围护结构设5 道支撑，其中第一道为800 mm×1000 mm 混凝土撑，水平间距6 m，其余均为φ800 mm、t=16 mm钢管支撑，水平间距3 m。

距基坑最小水平间距18.86 m 有一座4 层框架结构建筑物，建筑物基础采用φ400 mm 预应力管桩，桩长22.5 m。

2 基坑监测方案

基坑监测等级为二级，具体的监测项目包括：周边建筑物沉降及倾斜、地表沉降、支撑内力、围护墙顶水平和竖向位移、围护墙深层水平位移、地下水位等。

围护结构墙顶部竖向位移监测点与墙顶部水平位移测点共用，每隔20 m在围护结构墙顶部布设竖向位移监测点，共布设58个监测点。直接绑扎测斜管固定在支护墙钢筋笼上进行墙体水平位移监测，每隔一个地表断面布置一个测斜管，特殊部位（如阳角等）适当调整距离布置，共布置34个监测点。地表沉降监测点布置在基坑周边2倍开挖范围内，按照间距20 m布置监测断面，共58个监测断面，每个断面5个监测点，共279 个地表监测点，测点间距从基坑围护墙外侧起，按照2、4、8、10、12 m 布置。有桩基础建筑物可不设置建筑物倾斜监测点，沉降监测点布置在建筑物墙体上。

3 监测数据分析

基坑施工期间，对位于同一断面的围护墙顶水平和竖向位移、围护墙深层水平位移、地表沉降和建筑物沉降进行分析。监测断面选取见图1。

图1 监测分析断面位置

3.1 地表沉降

在地下连续墙和冠梁施工、降水试验、基坑开挖及结构施工期间，地表沉降变化值见表1。

表1 地表沉降变化值mm

地下连续墙及冠梁施工期间，靠近基坑的测点地表沉降最大，而远离基坑的测点沉降值较小，可见地下连续墙和冠梁施工对地表有一定的影响，但影响范围较小；降水试验期间，地表沉降基本不变，可见在地下连续墙施工质量较好，无渗漏水出现的情况下，降水对坑外影响很小；随着基坑开挖，地表沉降逐渐增大，开挖初期，靠近基坑侧测点变化最明显，测点1 数值最大，测点3 数值最小，但随着基坑开挖深度的增大，影响范围逐渐向远离基坑处扩大[1]；当开挖至第四层土时，测点1和测点2沉降值已达最大；随后底板钢筋绑扎和浇筑过程中，测点1 和测点2 沉降值基本不变，而测点3沉降值逐渐增大，在监测断面两侧底板全部浇筑完成后，测点3沉降值达最大，说明基坑开挖对地表沉降的影响具有时空效应；开挖至基底时，在0.5H范围内，地表沉降达最大值，0.5H～H范围的地表沉降约为最终沉降值的55%，在监测点两侧基坑底板浇筑完成后，0.5H～H范围的地表沉降逐渐达到最大值[2]。

3.2 围护墙顶水平和竖向位移

在基坑开挖及结构施工期间，地下连续墙顶水平和竖向位移变化值见表2。

表2 地下连续墙顶水平和竖向位移变化值

由于地下连续墙顶采用混凝土支撑且在基坑开挖过程中，支撑架设及时，因此在基坑开挖过程中，地下连续墙顶水平位移较小。在车站结构施工过程中，由于支撑逐步拆除，地下连续墙顶水平位移也有不同程度的增加，出现在中板施工完成，拆除第三和第二道支撑时。由于基坑的开挖卸载，地下连续墙出现隆起现象，随着基坑开挖的进行，隆起量逐渐增大，当开挖至基底时，隆起量达最大；当底板施工完成后，隆起趋于稳定，随后地下连续墙出现小幅下沉。

3.3 围护墙深层水平位移

在基坑开挖及结构施工期间，地下连续墙墙身最大水平位移及出现位置见表3。

表3 地下连续墙墙身最大水平位移及出现位置

随着基坑的开挖，地下连续墙墙身最大水平位移逐渐增大且最大值均出现在坑底以上0.3H处；当开挖至坑底时，地下连续墙墙身水平位移达最大值。当底板施工完成后，地下连续墙墙身水平位移趋于稳定，随着车站结构的施工，地下连续墙墙身水平位移逐渐减小且最大值出现的深度也随之下降，最大值出现在基坑底附近[3～4]。

3.4 建筑物沉降

测点JGC-13、JGC-14 与基坑最小水平距离分别约18.12、21.95 m，期沉降变化见表4。

表4 建筑物沉降累计变化值mm

由于建筑物距基坑较远且采用桩基础，基坑施工对建筑物的影响较小。基坑开挖对建筑物的影响也存在时空效应，在基坑开挖至基底时，建筑物沉降尚未达到最大值，随着结构的施工，建筑物沉降逐渐达到最大值。

4 结论

1）在软土地区，地下连续墙及冠梁的施工对地表沉降的影响不能忽视。

2）基坑开挖对支护结构变形及周边环境影响最大且开挖至基底附近时，各变形值达最大；当底板施工完成后，各变形基本趋于稳定。

3）基坑开挖对周边环境的影响具有时空效应。基坑开挖至基底时，对0.5H范围内地表沉降影响最大；0.5H～H范围内地表沉降在基坑开挖至基底后仍有较大的变化，而底板施工完成后，地表沉降基本趋于稳定。

4）基坑施工过程中，应充分利用时空效应，基坑开挖至基底后应及时施作底板，减小对周边环境的影响。

5）天津市轨道交通一级基坑变形控制指标：地表沉降≯0.1%H，地下连续墙水平位移≯0.14%H。本基坑地表沉降最大值为23.9 mm，约为0.13%H，地下连续墙最大水平位移为19.5 mm，约为0.11%H，满足控制标准。