復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工及監(jiān)測(cè)分析

文／李園 揚(yáng)州市市政建設(shè)處 江蘇揚(yáng)州 225002

引言：

揚(yáng)州江平東路快速化改造三期工程二標(biāo)段雷塘路隧道工程，北側(cè)并行寧啟鐵路，南側(cè)沿線有220KV 高壓線，施工環(huán)境復(fù)雜，安全壓力大；受地下管線遷改、房屋征遷及新冠疫情等因素影響，工期要求緊張。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)作為確?；庸こ淌┕ぐ踩煽窟M(jìn)行的必要和有效手段,對(duì)于驗(yàn)證原設(shè)計(jì)方案、局部調(diào)整施工參數(shù)以及改進(jìn)和提高設(shè)計(jì)水平等具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1、工程概況

1.1 基坑概況

揚(yáng)州江平東路快速化改造三期工程二標(biāo)段位于揚(yáng)州市邗江區(qū)，呈東西走向，隧道全長(zhǎng)838m（暗埋段4 26m，敞口段412 米），基坑寬28.5m，基坑挖深2.1～11.1m，泵房處達(dá)到14.4m。因隧道臨近寧啟鐵路以及220KV 高壓線，且基坑深度較深，基坑工程安全等級(jí)均按一級(jí)設(shè)計(jì)。

1.2 環(huán)境概況

基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，隧道由東向西分別下穿雷塘路、雙塘路、北側(cè)鄰近寧啟鐵路，基坑邊緣與鐵路坡腳最近距離為15.3m；南側(cè)鄰近220kv 高壓線，基坑邊緣距高壓塔約9.5m，與高壓線水平距離最近處約5.6m?；觾蓚?cè)綜合管線有：天然氣管道、自來(lái)水管道、通訊管線、鐵路貫通線、10KV 供電線遷改等。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)條件

（1）工程地質(zhì)條件

本工程隧道結(jié)構(gòu)底板主要位于③黏土、④層粉質(zhì)黏土，地質(zhì)條件良好。

（2）水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)下水主要分為孔隙型潛水，孔隙型潛水賦存于全新統(tǒng)表土、粉質(zhì)黏土層中，水位埋深淺，富水性弱，受大氣降水補(bǔ)給及河流側(cè)向補(bǔ)給，排泄方式主要為自然蒸發(fā)等。勘察期間測(cè)得孔隙型潛水穩(wěn)定水位埋深 1.10 ～1.70m。地下水水位相對(duì)穩(wěn)定。正常條件下，地下水水位隨季節(jié)變化有所升降。據(jù)調(diào)查，地下水水位變化幅度約為埋深0.50 ～2.50m，高值一般出現(xiàn)在 7 ～9月汛期，低值多出現(xiàn)在 11 ～12月旱季，場(chǎng)地歷史最高水位及近3 ～5年最高水位均接近代表。

1.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)

本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ800@1000、Φ1000@1200的鉆孔灌注樁,北側(cè)為Ф850@600 三軸攪拌樁止水措施，隧道南側(cè)（鄰近220KV 高壓線）止水帷幕采用2排Φ600@400 高壓旋噴樁，帷幕底部深入基底以下約6.0m,隔斷坑內(nèi)外潛水水力聯(lián)系。

（2）水平支撐體系

東U2-東U4、西U2-西U3 基坑共有1 道支撐，為混凝土撐，東U1、西U1 基坑共有2 道支撐，第1 道為混凝土撐，第2 道為鋼支撐，JD1-JD9 共有3 道支撐，第1 道為混凝土撐，第2、3 道為鋼支撐，其中JD7（泵房處）基坑共有4 道支撐，第1 道為混凝土撐，第2、3、4 道為鋼支撐。鋼筋混凝土支撐混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30，鋼管支撐為φ 609 mm×16 mm 鋼管。

2、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本基坑在開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行了大量的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包含有周邊建（構(gòu)）筑物垂直位移、水平位移及居民區(qū)房屋傾斜，周邊管線垂直、水平位移，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、坑內(nèi)外地下水位變化、坑外地表沉降等。

2.1 基坑周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1.1 基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本項(xiàng)目周邊建筑物在隧道基坑南側(cè)，距離基坑邊約20m 左右，建筑物累計(jì)變化歷時(shí)曲線如下圖1：

由上圖1 可以看出，基坑施工過(guò)程中，建筑物受施工影響總體呈現(xiàn)下沉趨勢(shì)，最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)圖中數(shù)據(jù)說(shuō)明如下：

圖1

建筑物沉降測(cè)點(diǎn)與基坑位置關(guān)系：測(cè)點(diǎn)F01、F07、F08 正對(duì)著基坑，距離基坑最近，其他測(cè)點(diǎn)依次環(huán)繞在建筑物周?chē)?/p>

該監(jiān)測(cè)科目在整體監(jiān)測(cè)過(guò)程中，各測(cè)點(diǎn)最終累計(jì)變化量在-1.25mm ～-3.90mm 之間，累計(jì)變化量未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：20mm）。

可以看出，在整個(gè)基坑施工期間，建筑物受基坑施工影響沉降較小，最終最大累計(jì)沉降量是-3.90mm，測(cè)點(diǎn)是F01。

2.2 基坑本體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 圍護(hù)體頂部沉降、水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

基坑開(kāi)挖施工，坑內(nèi)土體卸載，圍護(hù)體內(nèi)外受力不平衡，導(dǎo)致圍護(hù)體頂部會(huì)產(chǎn)生豎向和水平方向的位移，基坑開(kāi)挖期間，圍護(hù)體頂部豎向位移變化較明顯，總體呈上抬趨勢(shì)，圍護(hù)體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，具體分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：測(cè)點(diǎn)C1～C22-1位于基坑北側(cè)，C23 ～C46-3 位于基坑南側(cè)。

（2）該監(jiān)測(cè)科目在整體監(jiān)測(cè)期間，最終累計(jì)變化量在-2.37mm ～9.16mm 之間，累計(jì)變化未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：20mm）；

（3）基坑開(kāi)挖階段（2020年08月25日～2021年01月16日），圍護(hù)體頂部沉降呈上抬趨勢(shì)，測(cè)點(diǎn)C45上抬變化較大，由于該測(cè)點(diǎn)位于區(qū)段與區(qū)段交界處后續(xù)工序未能及時(shí)跟進(jìn)，故數(shù)據(jù)變化相對(duì)明顯，該測(cè)點(diǎn)最終上抬量為9.16mm。

（4）基坑開(kāi)挖階段，圍護(hù)體頂部沉降數(shù)據(jù)整體呈上抬趨勢(shì)，隨大底板澆筑逐步回落（2021年1月29日大底板全部澆筑），其后數(shù)據(jù)變化趨緩，至基坑出±0.00 后，圍護(hù)體頂部沉降數(shù)據(jù)變化基本穩(wěn)定。

基坑開(kāi)挖期間，圍護(hù)體頂部水平位移數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)向坑內(nèi)位移，底板澆筑之后數(shù)據(jù)變化基本趨于穩(wěn)定，測(cè)點(diǎn)位置和數(shù)據(jù)分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：測(cè)點(diǎn)S1～S22-1位于基坑北側(cè)，S23 ～S46 位于基坑南側(cè)。

（2）該監(jiān)測(cè)科目在整體監(jiān)測(cè)期間，最終累計(jì)變化量在0.20mm ～11.6mm 之間，累計(jì)變化未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：30mm）；

（3）從上圖中可以看出，基坑開(kāi)挖階段，圍護(hù)體頂部水平位移向坑內(nèi)位移較為明顯，測(cè)點(diǎn)S13 向坑內(nèi)位移變化較大，由于該測(cè)點(diǎn)位于基坑邊中間部位，且該位置基坑深度最深，故數(shù)據(jù)變化相對(duì)明顯，該測(cè)點(diǎn)最終位移量為11.6mm。

（4）基坑開(kāi)挖階段，圍護(hù)體頂部水平位移數(shù)據(jù)整體向坑內(nèi)位移，后續(xù)結(jié)構(gòu)施工及二、三道鋼支撐拆除，圍護(hù)體頂部水平位移無(wú)異常變化，隨大底板澆筑后變化逐步趨緩（2021年1月29日大底板全部澆筑），至基坑出±0.00 后，圍護(hù)體頂部水平位移數(shù)據(jù)變化基本穩(wěn)定。第一道砼支撐在基坑結(jié)構(gòu)頂板以上約1.5m 左右處，拆除過(guò)程中無(wú)明顯變化。

2.2.2 圍護(hù)體測(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

基坑開(kāi)挖施工，坑內(nèi)土體卸載，圍護(hù)體內(nèi)外受力不平衡，導(dǎo)致圍護(hù)體產(chǎn)生向基坑內(nèi)的位移，下圖是變形較大圍護(hù)體測(cè)斜CX13 累計(jì)變化歷時(shí)曲線圖。

坑內(nèi)土體卸載，圍護(hù)體在不同深度會(huì)產(chǎn)生水平方向的位移，上圖為基坑開(kāi)挖至結(jié)構(gòu)出±0.00m 期間，圍護(hù)體測(cè)斜CX13 累計(jì)變化曲線圖，具體分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：圍護(hù)體測(cè)斜CX13 位于基坑北側(cè)邊線中部。

（2）該監(jiān)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，累計(jì)變化量在4.5mm ～15.51mm 之間，未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：30mm）；

（3）可以看出，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，圍護(hù)體測(cè)斜向坑內(nèi)位移隨之增大，第一層土方開(kāi)挖期間（2020年10月21日～2020年11月10日），測(cè)斜CX13 向坑內(nèi)位移累計(jì)最大值是3.7mm，變化速率：0.19mm/天，第二層土方開(kāi)挖期間（2020年11月12日～2020年11月20日），測(cè)斜CX13 向坑內(nèi)位移累計(jì)值增加5.02mm，變化速率：0.63mm/天，第三層土方挖除結(jié)束（2020年11月22日～2020年12月10日），測(cè)斜CX13 向坑內(nèi)位移累計(jì)值增加4.47mm，變化速率：0.25mm/天，底板施工期間（2020年12月17日該位置底板澆筑完成），測(cè)斜CX13 向坑內(nèi)位移無(wú)明顯變化，第二、三道鋼支撐拆除期間，測(cè)斜CX13 向坑內(nèi)位移累計(jì)量最大值分別是：1.83mm、1.63mm；變化速率分別是0.37mm/天、0.11mm/天，至結(jié)構(gòu)出±0.00，測(cè)斜CX13變化基本穩(wěn)定。第一道砼支撐在基坑結(jié)構(gòu)頂板以上約1.5m 左右處，拆除過(guò)程中無(wú)明顯變化。

（4）基坑挖土期間圍護(hù)體向坑內(nèi)變形較為明顯，鋼支撐體系的及時(shí)安裝對(duì)圍護(hù)體向坑內(nèi)位移有良好的抑制效果，支撐體系拆除對(duì)圍護(hù)體產(chǎn)生一定的位移。

基坑開(kāi)挖至結(jié)構(gòu)出±0.00m 期間，圍護(hù)體測(cè)斜CX09、CX29 累計(jì)變化曲線圖，具體分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：圍護(hù)體測(cè)斜CX09、CX29 分別位于基坑北側(cè)、南側(cè)基坑開(kāi)挖深度較大處。

（2）點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，圍護(hù)體測(cè)斜CX09 累計(jì)變化量在4.74mm ～9.62mm 之間，圍護(hù)體測(cè)斜CX29累計(jì)變化量在0.76mm～12.18mm之間，未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：30mm）；

（3）由上圖可以看出，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，圍護(hù)體測(cè)斜向坑內(nèi)位移隨之增大。底板澆筑完成后，變形趨于穩(wěn)定。

2.2.3 坑外土體測(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

坑內(nèi)土體卸載，圍護(hù)體在不同深度會(huì)產(chǎn)生水平方向的位移，上圖為基坑開(kāi)挖至結(jié)構(gòu)出±0.00m 期間，坑外土體測(cè)斜TX31 累計(jì)變化曲線圖，具體分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：土體測(cè)斜TX31 位于基坑南側(cè)泵房處，該處是整個(gè)基坑深度最大處。

（2）該監(jiān)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，累計(jì)變化量在-0.4 mm ～22.19mm 之間，未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：55mm）；

（3）隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，坑外土體向坑內(nèi)位移隨之增大，第一層土方開(kāi)挖期間（2020年11月2日～2020年12月10日），測(cè)斜TX31 向坑內(nèi)位移累計(jì)最大值是3.08mm，變化速率：0.08mm/天，第二層土方開(kāi)挖期間（2020年12月13日～2020年12月20日），測(cè)斜TX31 向坑內(nèi)位移累計(jì)值增加6.97mm，變化速率：0.99mm/天，第三層土方挖除結(jié)束（2020年12月22日～2020年12月25日），測(cè)斜TX31 向坑內(nèi)位移累計(jì)值增加4.68mm，變化速率：1.56mm/天，底板施工期間（2020年12月25日～2020年12月28日），測(cè)斜TX31 向坑內(nèi)位移累計(jì)值增加2.33mm，變化速率：0.78mm/天，第二、三道鋼支撐拆除期間，測(cè)斜TX31 向坑內(nèi)位移累計(jì)量最大值分別是：0.79mm、1.44mm；變化速率分別是0.27mm/天、0.72mm/天，至結(jié)構(gòu)出±0.00，測(cè)斜TX31 變化基本穩(wěn)定。第一道砼支撐在基坑結(jié)構(gòu)頂板以上約1.5m 左右處，拆除過(guò)程中無(wú)明顯變化。

（4）第一層土方挖除，坑外土體向坑內(nèi)位移變化速率不大，第二、三層土方挖除，坑外土體向坑內(nèi)位移變化速率較大，鋼支撐體系的及時(shí)安裝對(duì)坑外土體向坑內(nèi)位移有良好的抑制效果，支撐體系拆除對(duì)坑外土體向坑內(nèi)產(chǎn)生一定的位移。

2.2.4 立柱沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

基坑開(kāi)挖施工，坑內(nèi)土體卸載，圍護(hù)體內(nèi)外受力不平衡，導(dǎo)致基坑內(nèi)立柱樁會(huì)產(chǎn)生豎向的位移，下圖是立柱沉降累計(jì)變化歷時(shí)曲線圖（部分測(cè)點(diǎn)由于開(kāi)挖時(shí)序不同，故監(jiān)測(cè)時(shí)限不同）：

基坑開(kāi)挖到大底板澆筑過(guò)程中，基坑內(nèi)立柱樁垂直位移變化較明顯，呈上抬趨勢(shì)，底板澆筑完成后，數(shù)據(jù)變化基本穩(wěn)定，具體分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：測(cè)點(diǎn)LZ01 ～LZ26、LZ28 ～LZ43 位于基坑中部，LZ27 位于基坑南側(cè)泵房處。土方施工期間，由于部分測(cè)點(diǎn)被土方堆壓，未能連續(xù)提供數(shù)據(jù)。

（2）該監(jiān)測(cè)科目在整體監(jiān)測(cè)期間，各測(cè)點(diǎn)最終累計(jì)變化量在-1.74mm ～16.44mm 之間，累計(jì)量未超過(guò)報(bào)警值（報(bào)警值：35mm）。

（3）可以看出，基坑開(kāi)挖階段（2020年08月25日～2021年01月16日），由于坑內(nèi)土體卸載，立柱沉降一直呈上抬趨勢(shì)，變化較明顯，2021年01月29日大底板全部澆筑完成后，數(shù)據(jù)變化基本穩(wěn)定。

2.2.5 支撐軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

基坑開(kāi)挖施工，坑內(nèi)土體卸載，基坑支撐體系內(nèi)力會(huì)發(fā)生一定程度的變化，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，支撐體系內(nèi)力變化較明顯，具體分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：測(cè)點(diǎn)Z1-1 ～Z19-1、Z21-1 ～Z31-1 位于基坑對(duì)撐上，測(cè)點(diǎn)Z20-1 位于基坑南側(cè)泵房處冠梁上。土方施工期間，由于部分測(cè)點(diǎn)被土方堆壓或受損，未能連續(xù)提供數(shù)據(jù)。

（2）該監(jiān)測(cè)科目在整體監(jiān)測(cè)期間，各測(cè)點(diǎn)軸力值變化在300kN ～2868kN 之間，未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：4000kN）。

（3）可以看出，測(cè)點(diǎn)Z5-1 軸力值最大，3159kN，該測(cè)點(diǎn)在開(kāi)挖期間被堆壓受損，造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)。測(cè)點(diǎn)Z16-1 位于隧道基坑長(zhǎng)度中間部位，該部位是隧道基坑普遍區(qū)域開(kāi)挖最深處，該位置第一層土方挖除后（2020年10月2日～2020年10月23日），測(cè)點(diǎn)Z16-1 的軸力值為1934kN，第二層土方挖除后（2020年10月25日～2020年10月31日），測(cè)點(diǎn)Z16-1 的軸力值為2276kN，軸力值增大342kN，第三層土方挖除后（2020年11月3日～2020年11月18日），測(cè)點(diǎn)Z16-1 的軸力值為2924kN，軸力值增大648kN，2020年11月25日該位置底板澆筑后，測(cè)點(diǎn)Z16-1 的軸力值為2329kN，軸力值減小-595kN，

2020年12月25日頂板澆筑，測(cè)點(diǎn)Z16-1 的軸力值為2001kN，軸力值減小-328kN，最終該測(cè)點(diǎn)的軸力值為1679kN。

（4）可以看出，基坑開(kāi)挖期間（2020年08月25日～2021年01月16日），坑內(nèi)土體的卸載，支撐體系受到的內(nèi)力增大，隨著開(kāi)挖深度的增大支撐內(nèi)力也隨之增大，后續(xù)地下結(jié)構(gòu)及時(shí)跟進(jìn)，支撐軸力逐漸趨穩(wěn)。

2.2.6 坑外地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

基坑施工過(guò)程中，地下水水位變化較明顯，具體分析如下：

（1）測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系：測(cè)點(diǎn)W01～W26位于基坑北側(cè)，測(cè)點(diǎn)W27 ～W52 位于基坑南側(cè)。由于部分測(cè)點(diǎn)被長(zhǎng)期堆壓受損，未能提供數(shù)據(jù)。

（2）該監(jiān)測(cè)科目在整體監(jiān)測(cè)期間，各測(cè)點(diǎn)最終水位變化量在2.0cm ～-91.9cm 之間，累計(jì)變化未發(fā)生報(bào)警（報(bào)警值：100cm）。

（3）從中可以看出，在基坑施工階段，坑外地下水位呈現(xiàn)下沉趨勢(shì)，但在一定范圍內(nèi)水位基本保持穩(wěn)定，最終累計(jì)量最大的測(cè)點(diǎn)是W35，累計(jì)量是-91.9cm，因該處圍護(hù)體有滲漏水情況發(fā)生，經(jīng)封堵后滲漏水消失或減弱。

結(jié)語(yǔ)：

根據(jù)本項(xiàng)目施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）基坑開(kāi)挖程序必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工,采取分層、分塊、對(duì)稱、平衡的開(kāi)挖方式，施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)施工管理和監(jiān)督，避免由于工序安排不當(dāng)造成基坑變形過(guò)大甚至出現(xiàn)險(xiǎn)情。

（2）本工程基坑施工過(guò)程中，基坑本體及周邊環(huán)境總體處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）本工程基坑開(kāi)挖過(guò)程中，由于坑內(nèi)大量土體的卸載，坑底開(kāi)挖面因自身受力的釋放，使得圍護(hù)體本身因縱向受力的變化而相應(yīng)產(chǎn)生垂直向上的位移。同樣圍護(hù)體也會(huì)因坑內(nèi)外受力不平衡而向坑內(nèi)產(chǎn)生水平位移的變化，臨近基坑部位，高壓鐵塔及建筑物也發(fā)生明顯的變化，呈下沉趨勢(shì)，因此，基坑開(kāi)挖對(duì)圍護(hù)體和周邊環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

（4）隨著基坑開(kāi)挖深度以及施工位置的不同，基坑本體和周邊環(huán)境的變化也隨之改變。從各施工階段圍護(hù)體變形曲線來(lái)看，圍護(hù)體變形速率最大時(shí)均出現(xiàn)在挖土階段。

（5）施工中應(yīng)嚴(yán)格控制軟土區(qū)開(kāi)挖后的暴露時(shí)間，及時(shí)澆筑基礎(chǔ)底板,利用自重荷載使坑內(nèi)土體反壓和支撐的剛度來(lái)降低開(kāi)挖卸荷引起的土體側(cè)移和地表沉降。