明挖基坑开挖对围护结构的影响

漆金根

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，浙江 杭州 311265）

明挖基坑开挖工程的施工内容较为复杂，在基坑开挖过程中，对周围环境、围护结构本身的安全稳定性都有较大的影响。宋效忠对现有的围护结构变形机理和计算方法并结合实际工程的监测数据，得出深基坑在开挖时围护结构的变形规律；吴挺采用有限元软件建立基坑开挖全过程模型，分析长条形基坑不同分区宽度对围护结构水平变形的影响；郭博瀚研究了基坑开挖过程对围护结构深层水平位移与坑外土体沉降的影响关系；程康以杭州某30.2 m深大基坑工程为研究对象，结合收集到的16个杭州基坑案例资料以及文献中已发表的上海地区同类工程实测数据，分析该30.2 m深大基坑开挖全过程中的地连墙隆沉及挠曲变形、地连墙墙体应力、立柱隆沉、支撑轴力、土压力、地表沉降等的发展演变规律；左卓研究了深基坑施工对围护结构及周围环境的影响，得到基坑开挖初期，墙体侧移表现出悬臂弯曲状，水平位移最大值点在墙顶附近处，随着开挖深度的增大，其最大值点位置逐渐向下移动，最终出现在坑底处。

1 工程概况

以艮山东路过江隧道工程为例，该工程地处杭州市，其中包含过江隧道、工作井、明挖段基坑。现对该工程中明挖段基坑开挖对周围环境及围护结构本身的影响进行分析。如图1所示为基坑监测平面布置图。表1为土层分布表。

表1 土层分布表

图1 基坑监测平面布置图

2 基坑开挖时地表竖向变形规律分析

地表竖向位移监测点共16个断面，布设断面与地连墙测斜孔对应，除部分断面因为建筑物限制布设数量以外，其他每个断面监测点数为6个，从基坑边缘开始间距分别为2 m、6 m、10 m、15 m、20 m、25 m，间距可根据现场实际情况适当调整。

图2、图3为不同基坑剖面距离基坑不同距离的地表沉降图，横坐标为沉降点距基坑的距离，纵坐标为地表竖向位移。由图可知：在同一剖面，距离基坑6 m左右处的地表沉降最大，最大值在15.8 mm左右，随着距离的增加而减小，在距离基坑20 m处的地表几乎无沉降，基坑开挖对此处的影响较小；在不同剖面，距离基坑相同距离的地表沉降值差距较小，沉降最大值在14～16 mm之间，最大值位置也在6 m左右。基坑墙后地表沉降形态曲线为“凹槽型”。

图2 DBC10地表竖向位移曲线

图3 DBC11地表竖向位移曲线

图4为墙后地表沉降曲线无量纲图，图5为墙后地表沉降包络图。由图可知：Peck所提出的墙后地表沉降Ⅰ区的沉降范围如实线区域所示，杭州该地区基坑开挖的影响范围主要集中在（0～2.75H)范围内。

图4 基坑墙后地表沉降曲线无量纲图

图5 基坑墙后地表沉降包络图

3 基坑开挖时地连墙水平位移实测数据分析

围护墙顶部水平位移监测点共16点，基坑端头井侧各边中间部位各1点，标准段两侧侧各7点，沿基坑边线布点间距平均约23 m。墙顶竖向位移测点与墙顶水平位移测点为共用点。测斜管长度同地连墙钢筋笼长度，地连墙长度为32 m、45 m、49 m。

图6、图7是基坑明挖段南北侧靠近盾构段CX01、CX02的围护墙水平位移与开挖深度之间的关系，如图所示：随着开挖深度的增加，墙体水平位移逐渐变大，墙体的最大水平位移为15 mm，为0.566‰H（此处H为26.5 m），位于地下13 m处，在地面35 m以下的地下水平位移几乎不变，基坑开挖到底这段过程中其在深度方向上的影响范围大约为1.32H；

图6 CX01墙体深层水平位移

图7 CX02墙体深层水平位移

图8、图9是基坑明挖段南北侧靠近盾构段CX06、CX07的围护墙水平位移与开挖深度之间的关系，如图所示：随着开挖深度的增加，墙体水平位移逐渐变大，墙体的最大水平位移为13.5 mm，为0.613‰H（此处H为22 m），位于地下13 m处，在地面30 m以下的地下水平位移几乎不变，基坑开挖到底这段过程中其在深度方向上的影响范围大约为1.36H；

图8 CX06墙体深层水平位移

图9 CX07墙体深层水平位移

图10、图11是基坑明挖段南北侧靠近盾构段CX12、CX13的围护墙水平位移与开挖深度之间的关系，如图所示：随着开挖深度的增加，墙体水平位移逐渐变大，墙体的最大水平位移为10 mm，为0.588‰H（此处H为17 m），位于地下15 m处，在地面25 m以下的地下水平位移几乎不变，基坑开挖到底这段过程中其在深度方向上的影响范围大约为1.47H；

图10 CX12墙体深层水平位移

图11 CX13墙体深层水平位移

综上可知：该基坑开挖的最大水平位移为10～15 mm之间，约为0.566‰～0.613‰H之间，位置位于地面以下13～15 m之间，基坑开挖到底这段过程中其在深度的影响范围是1.32H～1.47H之间。

4 立柱桩隆沉变化规律

立柱的竖向位移与围护墙顶的竖向位移相似，在开挖卸载的作用下会产生回弹，而在支撑构件竖向荷载的作用下会下沉，立柱的最终位移可能表现为回弹也可表现为下沉。立柱过大的差异沉降或回弹会对结构产生不利影响，上海市基坑工程设计规程规定立柱之间的差异沉降或回弹不宜大于20 mm，也不宜大于1/400柱距。

图12为立柱竖向位移与开挖深度之间的关系图。当立柱表现为回弹时，最大回弹量上限为0.071%H，平均最大回弹量为0.029%H，其回弹上限小于0.25%H，均值小于0.12%H（上海软土）；当立柱表现为沉降时，最大沉降量上限为0.188%H，立柱平均沉降量为0.052%H，其沉降上限小于0.2%H，均值小于为0.175%H（上海软土）。

图12 立柱竖向位移与开挖深度的关系

5 结论

（1）基坑开挖过程中墙后地表沉降形态曲线为“凹槽型”。杭州该地区基坑开挖的影响范围主要集中在（0～2.75H)范围内。

（2）基坑开挖的最大水平位移为10～15 mm之间，约为0.566‰～0.613‰H之间，位置位于地面以下13～15m之间，基坑开挖到底这段过程中其在深度的影响范围是1.32～1.47H之间。

（3）立柱表现为回弹时，最大回弹量上限为0.071%H，平均最大回弹量为0.029%H，其回弹上限小于0.25%H，均值小于0.12%H（上海软土）；当立柱表现为沉降时，最大沉降量上限为0.188%H，立柱平均沉降量为0.052%H，其沉降上限小于0.2%H，均值小于为0.175%H（上海软土）。