软土地区深大基坑开挖监测及变形应急处理研究

朱亚睿，李俊杰

(浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州 310002)

某排水泵站位于杭州市，工程任务是增加太湖流域水环境容量，促进杭嘉湖东部平原河网水体流动，提高向杭州湾排水能力，改善流域和杭嘉湖东部平原水环境，提高流域和区域防洪排涝和水资源配置能力，为Ⅰ等工程，泵站设计排水流量200m3/s，位于杭州市钱塘江北岸海塘上(1级海塘)，系堤身式泵站。本工程泵站基坑最大开挖深度为18.80m，基坑周边环境较复杂，基坑设计等级为一级。基坑工程[1- 9]施工过程受荷载变化及地下水活动影响，施工区域及周边易产生形变，若置之不理，可能导致坍塌，造成施工安全事故，本文针对软土地区某泵站深大基坑开挖的工程地质特点，介绍了基坑监测点的布置方式，分析了雨季过后局部监测点超报警性或预警值的原因，并提出了加强基坑稳性定的措施。

1 基坑施工监测概况

基坑支护采用水泥搅拌桩—基坑开挖—砼灌注桩支护—基坑开挖的工序进行，其中泵站左右岸基坑支护采用上部放坡开挖，下部采用单排灌注桩的支护方式，上游引河及排水箱涵基坑采用大开挖方案。主要监测项目包括围护桩顶沉降及位移监测、围护桩体变形监测、围护桩水平支撑应变监测、坡顶沉降位移监测、坡顶深层水平位移监测、周边建筑物竖向位移监测、周边建筑物深层水平位移监测和地下水位监测。通过监测随时掌握周边土体的变化情况，将监测数据与设计预估值进行对比分析，以判断施工工艺和施工参数是否要修改，优化下一步施工参数，为施工开展提供及时的反馈信息，达到信息化施工的目的，基坑平面位置及监测点分布如图1所示，编号JZ代表建筑物沉降监测点，WY为地表沉降监测点，SW为水位监测点，CX为测斜监测点。

图1 基坑平面位置及监测点布置示意图

2 基坑工程地质概况

工程区属钱塘江冲海积区，地形平坦开阔，地面高程一般5.5～7.0m。由于沉积环境的不断变迁，土层分布不均匀，在水平及垂直方向上都有相变现象，土层结构较为复杂。主要土(岩)层自上而下可分为：Ⅰ层由粉土、粉质粘土等组成的人工堆积层；Ⅱ层稍密，中等～低压缩性砂质粉土，局部夹淤泥透镜体；Ⅲ层高压缩性淤泥质土与稍密砂质粉土互层；Ⅴ层中等压缩性含泥粉砂；Ⅶ层可塑～硬塑，中等压缩性粉质粘土、粘土；Ⅸ层软塑，中等压缩性粉质粘土，Ⅹ层中密～密实含泥砂砾石夹含泥粉细砂；Ⅺ层可塑，中等压缩性含碎石粉质粘土；Ⅻ层紫红色弱风化～微风化泥质粉砂岩。

泵站底板开挖高程约为-9.8m，位于Ⅱ层砂质粉土上，距Ⅲ1层淤泥质土与砂质粉土互层顶板约3.5～5.0m，下伏Ⅲ2层淤泥质粉质粘土以及Ⅲsil层淤泥为软弱下卧层，土质不均，厚度大，为高含水量、低强度的高压缩性软土，物理力学性质差，对建筑物的变形和沉降起控制性作用，故本工程主体建筑物采用三轴搅拌桩支护，底高程约-20m。组成基坑边坡的土体主要为砂质粉土，属中等透水性～弱透水性，且临近钱塘江，地下水位较高。由于开挖深度大，除了自身稳定问题，还存在基坑渗水和发生渗透变形的问题，开挖时同时开展截渗排水和基坑围护工作。

3 基坑监测变形基本情况

该泵站经历持续雨水天气后，经基坑监测单位反馈的数据和现场实际情况，泵站主基坑局部位置变形过大，基坑各监测点超预警值或报警值数据成果统计结果见表1—3，基坑外水位监测点SW2、SW3、SW5、SW6、SW7、SW8、SW12、SW14、SW16、SW18、SW19、SW6- 2累计变量报警，土体深层水平位移监测点CX- 02、CX- 05、CX- 06、CX- 06- 2累计值报警，地表沉降监测点WY- 5、WY- 6、WY- 7累计值报警。其中基坑东侧路面的沉降量累计最大值达到34mm(WY- 05孔)，相应地表水平位移累计数值较小，最大3.8mm(WY- 12)。基坑东侧的4层和6层建筑物各设10个和8个测点，离基坑最近的4层建筑物的最大沉降量累计达到28mm(JZ1)，6层建筑物的最大沉降量累计达到29mm(JZ12)。基坑水位监测点12组报警(水平日变化500mm，累计800mm预报警，累计超过1000mm报警)，累计变化最大的达到8520mm。基坑土体深层水平位移监测点4处报警(日变化3mm，累计35mm预报警，累计超过45mm报警)，基坑东侧累计最大值达到71mm(CX- 06孔)，65mm(CX- 05孔)。

表1 建筑物沉降监测点数据超预警值统计 单位：mm

表2 地表沉降监测点数据超预警值统计 单位：mm

表3 水位监测点数据超预警值统计 单位：mm

同时主基坑东侧混凝土路面出现较大沉降和裂缝，基坑东侧4层楼对应放坡开挖二级平台出现微隆起和裂缝。因项目复工在即，为后续创造安全的施工环境，并满足工程基坑监测报警后消警的建设程序，特对主基坑局部位置变形过大进行分析并提出合理的处理方案。

表4 测斜监测点数据超预警值统计 单位：mm

4 基坑变形原因分析及地质雷达探测

4.1 建筑物和地表沉降原因分析

根据水位监测数据，位于基坑外侧东面的SW6地下水位2.62m(高程3.62m)，南侧的SW7和SW8地下水位分别为地面以下1.35m(高程4.75m)和1.18(高程4.99m)，从SW6地下水位一段时间以来的时间序列分析，SW6地下水位普遍低于场地天然地下水位1.5m左右。SW6地下水值偏低原因是多方面，有施工冷缝、地下绕渗等原因造成水位降落漏斗。

SW6所在基坑东侧水位下降是地表沉降变形和建筑物沉降的主要原因，而6层楼变形值较小(1处报警)分析地基采用桩基处理有关。由于坑外侧地下水位降深从现有资料分析，降幅不大，后期地表及建筑物沉降继续增大的可能性较小。

4.2 测斜原因分析

02孔与05孔基本位于同一区域，02孔冠梁顶变形达52mm，05孔顶65mm，高差约10m，且-3.40平台宽度较窄，所以形成整体蠕动，但边坡有土钉作用，所以可以分析上部边坡变形相对较小是合理的。

06孔顶45mm，边坡-1.0平台处最大约70mm，高差约10m，对比后可以分析上部边坡-1.0平台位置存在突变，结合地下水变化情况可能有一定的渗土量。

4.3 变形原因小结及地质雷达探测

经过现场监测数据和天气初步研究，从1月中旬开始，发生多日连续降雨，特别是1月下旬工地放假后，发生连续4日中雨天气，加上路面和坡面裂缝较多未及时修复造成雨水下渗量加大，局部位置可能存在渗漏土的可能，使得边坡上土压力增大，土体力学性能降低，引起基坑边坡滑动和坡顶沉降。考虑到环基坑东侧路面局部出现明显沉降，为了解地下是否存在明显砂土流失而造成的不密实脱空空洞等不良地质情况，在东侧路面中心位置附近布置由南至北的地质雷达测线一条，长度约130m，采用500MHz屏蔽天线，连续测量方式，叠加次数64次。基坑东侧道路地质雷达典型探测成果如图2所示，雷达剖面局部反射波振幅较强，同相轴连续性差，局部伴随一定程度多次反射现象(雷达剖面图2中方框标注)，推测测区道路下部土体在深度小于2m范围内局部可能存在不密实、轻微脱空或脱空的现象。

图2 为基坑东侧道路地质雷达典型探测成果

5 基坑变形处置建议

针对基坑东侧部分沉降、测斜位移出现报警等问题，拟采取如下措施：

(1)由监测单位加密监测频率，东面环基坑道路沉降较大区域进行取孔探明下部砂土流失情况，根据探明情况如有流失则进行泥土灌实或灌水泥浆填实，并观察管井抽排水有否带沙现象。

(2)对进出水池挡墙区域现开挖过低位置采用回填镇压，以减少排桩的变形和控制锚索受力在设计值范围内，同时尽快完成剩余底板的浇筑。

(3)整修基坑外侧排水措施，修复基坑破碎护面，具体如下：①部队家属楼西侧施工道路边排水沟有10m左右沉降偏多，采取拆除重做，同时对排水沟做好防渗措施。②临时施工道路、坡面等出现裂缝处全部采用水泥浆进行灌缝、灌实，面层用沥青封堵。③四层楼西侧与临时施工道路间散水砼沉降破损严重处，拆除后重新浇筑80mm砼，面积约为30m2左右；四层楼南侧小台阶破损拆除重做，临时道路分缝开裂处采用水泥浆灌缝、灌实。④对基坑边坡坡角等位置到目前仍未采取有组织排水的，立即进行整改；对现有排水沟及原有排水系统进行排查，确保基坑排水能有效排出。

(4)土钉段护坡底部(-3.4m高程以上部分)出现喷砼护坡拱起断裂，在-3.4～1.2m高程护坡进行加固措施及恢复喷砼护坡。

(5)严格按围护设计方案控制基坑周边动、静荷载，东面基坑道路限制重车行走。加强降排水的管理工作，加强现场巡视巡查，落实人员对裂缝等及时进行修补。其中4层楼区域内增设水位观测井及降水备用井。

(6)以上措施落实后如变形仍不收敛，则进一步采取如削坡卸荷、坡脚镇压等方式进行加强。

(7)编制相应的应急预案，落实控制继续变形的措施，按重大危险源的相关规定进行安全管理。

6 结论

本文介绍了某大型泵站工程地质概况及对应深大基坑的设计稳定计算流程，根据坑外水位监测土体深层水平位移监测地表沉降监测等动态监测数据成果，结合地质雷达探测成果，分析了基坑局部变形的原因，并提出了对应的变形处理措施，方案实施后基坑变形收敛，得出如下结论：

(1)基坑动态监测工作是保障施工安全的重要手段，在出现监测数据超预警值时，宜加密监测频率，并加强基坑排水措施，同时在地表沉降较明显的区域控制工程车的载重量。

(2)地质雷达能快速圈定环基坑道路路面下方隐伏不良地质电磁异常的平面分布，在重点异常区域结合钻探与孔内灌浆的处理方式可快速处理路面下部的砂土流失。

未来可考虑对降雨量进行统计，进一步研究地下水位的变化、基坑变形和建筑物沉降之间的相关性规律。