软土地区深基坑施工引起的变形规律分析

2022-09-20马新华江苏省经纬建设监理有限公司江苏南京210024

建设监理 2022年6期

马新华（江苏省经纬建设监理有限公司，江苏南京 210024）

0 引言

随着城市建设的快速发展和人口的日益增加，城市地上空间利用率越来越小，从而加快了地下空间发展的脚步，且地下空间的比例在不断增加，各种深基坑工程随处可见，地下工程向着更深、更大的方向发展，但由于各种原因，基坑安全事故时有发生，其安全问题成为了社会关注的焦点。在导致事故发生的诸多原因中，基坑监测不到位是最重要的影响因素之一，如何行之有效地对基坑进行监测，从而掌握基坑自身围护体系以及基坑周边环境变形规律，已然成为一种必要的工作。林泽耿[1]、赵晓飞等[2]、黄跃等[3]分别通过监测手段对基坑自身围护结构水平位移、周边地表沉降、支撑轴力和深层水平位移等项目不同施工阶段的变形规律进行了研究；葛纪坤等[4]利用三维激光扫描技术对基坑开挖进行变形分析并与传统监测数据进行对比，从而为提高三维激光扫描技术的监测精度提供相应解决措施；王海超等[5]、曲成平等[6]、戴志峰等[7]通过建立有限元模型，模拟基坑开挖的施工过程，同时将围护结构和周边变形的计算结果与实测数据进行对比，发现计算结果与实测数据变化趋势大致相同，表明数值模拟结果是合理的。本文结合南京某深大基坑工程（以下简称“本工程”），分析了基坑开挖过程中各监测项目的数据变形规律，为类似基坑工程监测提供借鉴。

1 工程简介

1.1 工程概况

本工程位于南京市No.2016G81地块，东至热河南路，南至南惠路，西至郑和中路，北至复兴街；占地面积约16 998.34 m2，总建筑面积约156 080.5 m2，包括A、B两栋办公楼，分别为22层、24层，设通体地下室1座，共4层。基坑面积约12 200 m2，周长约470 m，基坑最大开挖深度23 m。围护结构采用φ1 300 mm@1 500和φ1 200 mm@1 400钻孔灌注桩＋四层钢筋混凝土支撑支护形式，采用φ850 mm@1 200三轴深层深搅桩止水，桩间采用φ600 mm双管高压旋喷桩处理；坑内布设23口疏干管井进行疏干；粉质黏土及填土层中的水，采用8口减压管井降低承压水。

1.2 工程地质概况

岩土层的工程地质特征按自上而下的顺序分述如下。①1层杂填土：杂色，湿，松软不均，成分较为复杂，以建筑垃圾、碎砖及碎石为主，混有少量粉质黏土。①2层素填土：灰～灰黄色，松散，以软可塑粉质黏土为主，夹少量碎石、碎砖及少量的植物根茎，土质疏松多孔，非均质。②1层粉质黏土：灰～黄灰色，软塑，局部流塑，含腐殖物，具水平层理，局部含淤泥质粉质黏土。③层粉细砂：青灰色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石，云母次之；局部含薄层状砂质粉土；场地内普遍分布。④层含砾中粗砂：灰～青灰色，密实，以中粗砂为主，局部夹有粉细砂；矿物成分为长石、云母，砾石含量8%～15%，粒径2 cm～3 cm，个别大于5 cm，磨圆度差，呈次棱角状，成分为石英质；场地内普遍分布。⑤1层强风化泥质粉砂岩：紫红色，岩芯经强烈风化，呈砂土状，手捏易碎，遇水易崩解。⑤2A层中风化泥质粉砂岩（破碎状）：紫红色，岩芯风化呈碎块状～碎石状，偶见短柱状；遇水易软化。⑤2层中风化泥质粉砂岩：紫红色，岩芯风化呈柱状和短柱状，局部碎块状。

1.3 水文地质概况

地下水类型主要为孔隙潜水和承压水。孔隙潜水赋存于②2层以浅的土层孔隙中。补给来源主要是大气降水和河流侧向径流补给，排泄方式主要是自然蒸发和河流侧向径流排泄。承压水赋存于③层和④层土体中，接受上部孔隙潜水的越流补给及侧向补给。

2 监测项目

深基坑开挖是个动态过程，与之相关的影响因素也属动态，因此，加强基坑开挖过程中的监测，有助于快速反馈基坑信息，综合考虑该基坑的自然条件、设计及施工方法等因素，及时发现问题并采用最优的工程对策。本工程监测项目，如表1所示。

表1 基坑主要监测点布置

3 监测结果分析

3.1 围护桩深层水平位移

围护桩体深层水平位移是基坑监测项目中最重要的测项之一，通过对有代表性的测斜CX1和CX6进行分析可得：最大位移的监测点为CX6，其位移值为96.67 mm，已超出累计报警值（60 mm）的1.6倍；约为基坑开挖深度的0.42%，已超出相对基坑设计深度H的控制值（0.3%～0.4%）。

经分析，造成深层水平位移的超报警值的主要原因如下：

（1）基坑内土体的挖除破坏了原有平衡状态，基坑外土体应力释放，导致土体侧向基坑内侧位移；

（2）基坑土方开挖过程中由于场内空间受限，基坑边缘有较多堆载，从而造成围护结构位移进一步加剧；

（3）基坑土方开挖过程中，基坑南侧梅家塘地段增加了多座净水站大型机械装备，从而再次增加了基坑周边的荷载，多因素叠加最终造成了深层水平位移超累计报警值。

监测出现异常后，监测单位加大了监测频率，并及时以联系单的方式通知各相关参建单位。施工单位采用禁止坑边堆载和加快底板施工速度等措施后，深层水平位移变化量有所收敛，当基坑底板施工完成后，变化量趋于稳定，说明底板的浇筑对抑制基坑围护结构的深层位移起到了重要的作用。

3.2 桩顶水平位移

基坑开挖后，受到坑内卸荷的影响，坑外水土压力直接作用于基坑支护结构，同时混凝土支撑的架设也会对支护结构的变形产生重要的影响，所以无论是柔性支护结构还是刚性支护结构都会因此而产生或多或少的变形。在整个监测期内，随着基坑开挖深度的增加，桩顶水平位移变化量逐渐增大；桩顶累计位移最大点累计位移达22.70 mm，没有超过报警值（32 mm）。这主要是由于第一道混凝土支撑的作用减少了上部开挖基坑的无支撑暴露时间，随着基坑开挖至坑底，桩顶水平位移总体变化量逐渐趋于收敛，无明显突变情况。基坑底板封闭之后的28 d，桩顶最大水平位移的变化量为0.95 mm，仅为累计变化量的4.2%，说明桩顶水平位移主要变化量发生在基坑前期土方开挖阶段，因此在土方开挖过程中，应严禁超挖现象的发生。

3.3 周边道路沉降

依据监测数据可知：道路沉降数值较大，均已超出道路累计报警值（40 mm）；DL15监测点最终沉降达148.06 mm，超过累计报警值的3.7倍。造成如此大变化量沉降的主要原因如下：

（1）基坑内土体卸荷造成坑外主动土压力区的土体向坑内移动，使墙后水平应力减小，剪应力增大，出现塑性区，从而造成周边道路沉降；

（2）基坑土方开挖过程中部分围护桩间有漏水现象，造成坑外地下水位下降，坑外土体产生较大固结沉降，周边道路沉降变化速率急剧增大；

（3）基坑及临近周边区域场地中分布着深厚的软土，高压缩性，高灵敏度，低强度，透水性差，易流变，是场地中的主要不良工程地质层，且周边长期被重载车行驶碾压，施工动荷载较大，随着基坑开挖产生侧向变形，引起地层损失，多因素叠加作用造成了沉降数据远超报警值的情况。

周边道路沉降数据出现异常后，监测单位加大了监测频率及巡视力度，及时通知各参建单位。施工单位对渗漏桩体进行堵漏，并且在施工至设计标高时，加快底板施工封闭，同时在每日施工结束后，移除基坑周边重型机载。减少基坑周边荷载效应等措施实施后，周边道路沉降变化速率显著减缓。

3.4 立柱沉降

坑底土体隆起是坑底土体原有状态因垂直卸荷而产生的结果，通过监测立柱沉降可以反映坑底隆沉情况。从监测获得的立柱时程数据可知：基坑土方开挖过程中，立柱总体呈上升趋势，引起立柱上升的主要原因是基坑土体卸载，地基土回弹隆起。基坑二层土方开挖及三层土方开挖期间，立柱点上升较为明显。底板施工完成后，立柱点变化较小，未出现明显隆起情况。最后一次监测结果显示，立柱点累计最大上升量为27.59 mm，小于设计报警值（32 mm）。

3.5 坑外水位

在监测过程中，场地内空间受限，现场大型机械工作繁忙，加之各种堆载等多方因素，导致多个水位孔无法正常连续观测，现以SW3、SW4和SW5为例进行分析。

依据监测数据可知，SW3监测点水位波动起伏较大。在整个基坑底板施工完成前，水位变化较小，坑外水位整体呈下降趋势，最后一次监测数据显示，坑外水位最大累计量为（SW3）－3 537 mm，超过累计报警值（1 000 mm）。经分析，基坑开挖期间坑内降水造成了坑外水位下降，水位波动较大的主要原因为大气降水导致坑外水位变化起伏较大，基坑开挖至坑底底板浇筑后，降水工作逐渐停止，此时水位呈现出缓慢回升的现象，从整个施工过程中可以看出，坑外地下水位始终随着降水力度的变动而进行大幅度的上下波动。

3.6 支撑轴力

围护结构支撑轴力与基坑开挖深度有着紧密关系，混凝土支撑轴力随着基坑开挖深度的增加而逐渐增大，随着首道支撑的混凝土浇筑达到设计强度，基坑开始开挖，支撑轴力值显著增加，此时主要是第一道支撑受力。2019年9月6日起，随着第二道混凝土架设以及二层土方开挖，一层支撑轴力增长明显减缓，而第二道混凝土支撑轴力值增长显著，此时第二道支撑有效分担了第一道支撑承受的来自基坑外侧的土压力，基坑二层土方开挖结束时支撑轴力最大值为10 745.8 kN。基坑开挖至13 m时，开始浇筑第三道混凝土支撑，随着基坑继续向下开挖，第一道和第二道支撑轴力逐渐趋于稳定状态，支撑轴力增长较为平缓，第三道支撑轴力值迅速增加，最大值为12 992.4 kN。随着第四层支撑浇筑完毕且达到设计强度，并开始第四层土方的开挖，前三道支撑轴力趋于稳定，增加缓慢，第四层土方开挖至设计标高时，四层支撑轴力最大值为14 483.7 kN，超过报警值（14 730 kN）。造成第四道支撑轴力超报警值的主要原因为基坑长时间未浇筑底板，基坑未能及时封闭。底板浇筑完成后至支撑拆除前，一层、二层、三层支撑轴力变化较为稳定，变化趋势平稳。支撑拆除期间，拆除区域对应上一层支撑轴力有所增大，尤其在二层支撑拆除期间，部分相对应的首层支撑轴力稍有增加，总体支撑轴力数据可控。