濱海軟土地區(qū)基坑變形監(jiān)測(cè)分析研究

文/宋彥杰 岳 彬

天津?yàn)I海新區(qū)自晚更新世～全新世以來(lái)，海水進(jìn)退、河流遷徙改道等形成了包括海相淤積、瀉湖相沉積、河流沖積、三角洲沉積等多種成因的地基土，地質(zhì)條件復(fù)雜。軌道交通B1 線為濱海新區(qū)第一條開(kāi)工建設(shè)地鐵線路，之前無(wú)地鐵基坑施工經(jīng)驗(yàn)，為此，本文以B1線某地鐵車站為依托，對(duì)其施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)地鐵車站施工期間基坑變形規(guī)律，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)特點(diǎn)

車站所處地段屬?zèng)_積平原，地形較平坦，影響范圍內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層、全新統(tǒng)上組陸相沖積層、全新統(tǒng)中組海相沉積層及全新統(tǒng)下組沼澤相沉積層。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)①1雜填土、①2素填土、⑥2-1淤泥質(zhì)黏土、⑥2-2粉砂、⑥2-4淤泥質(zhì)黏土、⑥3粉砂、⑥4粉質(zhì)黏土和⑦粉質(zhì)黏土；基底以下地下連續(xù)墻范圍內(nèi)土層主要為⑧1粉質(zhì)黏土、⑧2砂質(zhì)粉土、⑨1粉質(zhì)黏土、⑩1-1黏土和⑩1粉質(zhì)黏土。

場(chǎng)地表層地下水類型主要為第四系孔隙潛水，埋藏較淺，勘測(cè)期間，初見(jiàn)埋深2.0～2.8 m（高程0.44～-0.01 m），靜止埋深1.30～2.40 m（高程1.23～0.47 m）。第一承壓水層主要為全新統(tǒng)第Ⅱ陸相河床～河漫灘相沉積層砂質(zhì)粉土、粉砂（地層編號(hào)⑧2），水頭埋深6.20 m，相當(dāng)于大沽標(biāo)高-3.40 m。第二承壓含水層主要指上更新統(tǒng)第Ⅲ陸相河床～河漫灘相沉積層砂質(zhì)粉土（地層編號(hào)⑨2），擬建場(chǎng)地缺失該層。第三承壓含水層主要指上更新統(tǒng)第Ⅱ海相濱?！毕珟喑练e層粉砂（地層編號(hào)⑩2），第四承壓含水層主要指上更新統(tǒng)第Ⅳ陸相河床～河漫灘相沉積層粉砂（地層編號(hào)○12），第三、四承壓含水層水頭埋深13.30 m，相當(dāng)于大沽標(biāo)高-10.50 m。

1.2 基坑支護(hù)體系及開(kāi)挖方案

車站主體為12 m 寬島式站臺(tái)，兩層雙柱（局部單柱）結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度為539.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.1 m，高度為13.89 m，有效站臺(tái)中心位置頂板覆土厚度約4.0 m?；訕?biāo)準(zhǔn)段深約18.14 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8 m 厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻入土深18.36 m，入土比約1.01，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)5 道支撐，其中第一道為800 mm×1000 mm 混凝土撐，水平間距6 m，其余均為φ800 mm、t=16 mm鋼管支撐，水平間距3 m。

距基坑最小水平間距18.86 m 有一座4 層框架結(jié)構(gòu)建筑物，建筑物基礎(chǔ)采用φ400 mm 預(yù)應(yīng)力管樁，樁長(zhǎng)22.5 m。

2 基坑監(jiān)測(cè)方案

基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)為二級(jí)，具體的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：周邊建筑物沉降及傾斜、地表沉降、支撐內(nèi)力、圍護(hù)墻頂水平和豎向位移、圍護(hù)墻深層水平位移、地下水位等。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂部豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與墻頂部水平位移測(cè)點(diǎn)共用，每隔20 m在圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂部布設(shè)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)58個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。直接綁扎測(cè)斜管固定在支護(hù)墻鋼筋籠上進(jìn)行墻體水平位移監(jiān)測(cè)，每隔一個(gè)地表斷面布置一個(gè)測(cè)斜管，特殊部位（如陽(yáng)角等）適當(dāng)調(diào)整距離布置，共布置34個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在基坑周邊2倍開(kāi)挖范圍內(nèi)，按照間距20 m布置監(jiān)測(cè)斷面，共58個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共279 個(gè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距從基坑圍護(hù)墻外側(cè)起，按照2、4、8、10、12 m 布置。有樁基礎(chǔ)建筑物可不設(shè)置建筑物傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在建筑物墻體上。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

基坑施工期間，對(duì)位于同一斷面的圍護(hù)墻頂水平和豎向位移、圍護(hù)墻深層水平位移、地表沉降和建筑物沉降進(jìn)行分析。監(jiān)測(cè)斷面選取見(jiàn)圖1。

圖1 監(jiān)測(cè)分析斷面位置

3.1 地表沉降

在地下連續(xù)墻和冠梁施工、降水試驗(yàn)、基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工期間，地表沉降變化值見(jiàn)表1。

表1 地表沉降變化值mm

地下連續(xù)墻及冠梁施工期間，靠近基坑的測(cè)點(diǎn)地表沉降最大，而遠(yuǎn)離基坑的測(cè)點(diǎn)沉降值較小，可見(jiàn)地下連續(xù)墻和冠梁施工對(duì)地表有一定的影響，但影響范圍較小；降水試驗(yàn)期間，地表沉降基本不變，可見(jiàn)在地下連續(xù)墻施工質(zhì)量較好，無(wú)滲漏水出現(xiàn)的情況下，降水對(duì)坑外影響很??；隨著基坑開(kāi)挖，地表沉降逐漸增大，開(kāi)挖初期，靠近基坑側(cè)測(cè)點(diǎn)變化最明顯，測(cè)點(diǎn)1 數(shù)值最大，測(cè)點(diǎn)3 數(shù)值最小，但隨著基坑開(kāi)挖深度的增大，影響范圍逐漸向遠(yuǎn)離基坑處擴(kuò)大[1]；當(dāng)開(kāi)挖至第四層土?xí)r，測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2沉降值已達(dá)最大；隨后底板鋼筋綁扎和澆筑過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)1 和測(cè)點(diǎn)2 沉降值基本不變，而測(cè)點(diǎn)3沉降值逐漸增大，在監(jiān)測(cè)斷面兩側(cè)底板全部澆筑完成后，測(cè)點(diǎn)3沉降值達(dá)最大，說(shuō)明基坑開(kāi)挖對(duì)地表沉降的影響具有時(shí)空效應(yīng)；開(kāi)挖至基底時(shí)，在0.5H范圍內(nèi)，地表沉降達(dá)最大值，0.5H～H范圍的地表沉降約為最終沉降值的55%，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩側(cè)基坑底板澆筑完成后，0.5H～H范圍的地表沉降逐漸達(dá)到最大值[2]。

3.2 圍護(hù)墻頂水平和豎向位移

在基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工期間，地下連續(xù)墻頂水平和豎向位移變化值見(jiàn)表2。

表2 地下連續(xù)墻頂水平和豎向位移變化值

由于地下連續(xù)墻頂采用混凝土支撐且在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，支撐架設(shè)及時(shí)，因此在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，地下連續(xù)墻頂水平位移較小。在車站結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，由于支撐逐步拆除，地下連續(xù)墻頂水平位移也有不同程度的增加，出現(xiàn)在中板施工完成，拆除第三和第二道支撐時(shí)。由于基坑的開(kāi)挖卸載，地下連續(xù)墻出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，隨著基坑開(kāi)挖的進(jìn)行，隆起量逐漸增大，當(dāng)開(kāi)挖至基底時(shí)，隆起量達(dá)最大；當(dāng)?shù)装迨┕ね瓿珊?，隆起趨于穩(wěn)定，隨后地下連續(xù)墻出現(xiàn)小幅下沉。

3.3 圍護(hù)墻深層水平位移

在基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工期間，地下連續(xù)墻墻身最大水平位移及出現(xiàn)位置見(jiàn)表3。

表3 地下連續(xù)墻墻身最大水平位移及出現(xiàn)位置

隨著基坑的開(kāi)挖，地下連續(xù)墻墻身最大水平位移逐漸增大且最大值均出現(xiàn)在坑底以上0.3H處；當(dāng)開(kāi)挖至坑底時(shí)，地下連續(xù)墻墻身水平位移達(dá)最大值。當(dāng)?shù)装迨┕ね瓿珊?，地下連續(xù)墻墻身水平位移趨于穩(wěn)定，隨著車站結(jié)構(gòu)的施工，地下連續(xù)墻墻身水平位移逐漸減小且最大值出現(xiàn)的深度也隨之下降，最大值出現(xiàn)在基坑底附近[3～4]。

3.4 建筑物沉降

測(cè)點(diǎn)JGC-13、JGC-14 與基坑最小水平距離分別約18.12、21.95 m，期沉降變化見(jiàn)表4。

表4 建筑物沉降累計(jì)變化值mm

由于建筑物距基坑較遠(yuǎn)且采用樁基礎(chǔ)，基坑施工對(duì)建筑物的影響較小?；娱_(kāi)挖對(duì)建筑物的影響也存在時(shí)空效應(yīng)，在基坑開(kāi)挖至基底時(shí)，建筑物沉降尚未達(dá)到最大值，隨著結(jié)構(gòu)的施工，建筑物沉降逐漸達(dá)到最大值。

4 結(jié)論

1）在軟土地區(qū)，地下連續(xù)墻及冠梁的施工對(duì)地表沉降的影響不能忽視。

2）基坑開(kāi)挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及周邊環(huán)境影響最大且開(kāi)挖至基底附近時(shí)，各變形值達(dá)最大；當(dāng)?shù)装迨┕ね瓿珊?，各變形基本趨于穩(wěn)定。

3）基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響具有時(shí)空效應(yīng)?；娱_(kāi)挖至基底時(shí)，對(duì)0.5H范圍內(nèi)地表沉降影響最大；0.5H～H范圍內(nèi)地表沉降在基坑開(kāi)挖至基底后仍有較大的變化，而底板施工完成后，地表沉降基本趨于穩(wěn)定。

4）基坑施工過(guò)程中，應(yīng)充分利用時(shí)空效應(yīng)，基坑開(kāi)挖至基底后應(yīng)及時(shí)施作底板，減小對(duì)周邊環(huán)境的影響。

5）天津市軌道交通一級(jí)基坑變形控制指標(biāo)：地表沉降≯0.1%H，地下連續(xù)墻水平位移≯0.14%H。本基坑地表沉降最大值為23.9 mm，約為0.13%H，地下連續(xù)墻最大水平位移為19.5 mm，約為0.11%H，滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。