軟黏土地區(qū)深基坑施工監(jiān)測研究

胡正華，金 甌，陳成振

(1.溫州建設(shè)集團(tuán)公司，浙江 溫州 325027;2.浙江大學(xué) 巖土工程研究所，杭州 310027)

2008年11月15日，杭州地鐵1號線湘湖站基坑在施工過程中突然失穩(wěn)破壞，同時造成風(fēng)情大道坍塌成一個長75.0 m、寬21.0 m、深15.5 m的深坑，21人不幸遇難，被業(yè)界人士稱為“中國地鐵修建史上最大的事故”。事故的發(fā)生，除了由于施工企業(yè)管理不到位，政府有關(guān)部門監(jiān)管不力，基坑設(shè)計考慮不全面，現(xiàn)場管理混亂等主觀方面的因素之外，軟黏土地區(qū)特有的水文、地質(zhì)條件也是一個重要原因。事故發(fā)生段土質(zhì)屬于淤泥質(zhì)黏土并夾有粉土薄層，流失性強(qiáng)、靈敏度高，含水量較大并且受到較大擾動時極易失穩(wěn);淺部地下水屬潛水類型，靜止水位很淺，只在地表以下0.3～2.4 m，補給來源主要為大氣降水及地表水。事故發(fā)生前，該地段一個撐塌式污水管長期漏水，并且杭州地區(qū)持續(xù)多日降雨，再加上風(fēng)情大道車流量較大，以致釀成慘劇。由此可見，不管是由于自然原因或者人為原因，一旦使軟黏土地區(qū)深基坑施工過程這諸多不利因素達(dá)到一個極限狀態(tài)，就會造成難以挽回的損失。但是，如果在施工過程一直保持合理、高效、有序以及高頻率的監(jiān)測，那么就可以有效避免這種極限狀態(tài)的發(fā)生。

車站是軌道交通系統(tǒng)的樞紐，車站深基坑的開挖是車站建設(shè)的重中之重。并且，由于車站人流高度密集，對深基坑的施工提出了更高的要求，這就更加需要對施工過程全方位的監(jiān)測和控制，以確保在車站基坑開挖、支護(hù)以及后續(xù)的地面設(shè)施建設(shè)過程中的安全。

1 工程概況

某車站全長171 m，基坑寬度為16 m，開挖深度15～17 m，屬于長度較大的深基坑。基坑主體采用咬合樁圍護(hù)形式，附屬結(jié)構(gòu)采用工法樁圍護(hù)，基坑支護(hù)設(shè)置四道鋼支撐。

該車站地質(zhì)條件較為復(fù)雜，勘察資料顯示:地表以下15 m屬于海陸交互相沉積的黏性土，中間夾有一層薄約10 cm的粉土夾層。軟黏土的含水率為38%，壓縮模量約為1.7 MPa，孔隙比達(dá)到0.96，承載力僅為70 kPa左右，而且結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)，在較強(qiáng)的擾動下很容易發(fā)生失穩(wěn)破壞。地表以下15 m一直到地下基巖為粉質(zhì)黏土，透水率較高，具有較強(qiáng)的流變性，對基坑施工作業(yè)中的底板防水以及澆注較為不利。

2 軟黏土地區(qū)深基坑的施工監(jiān)測

深基坑的施工監(jiān)測是一個系統(tǒng)工程，一方面它能夠為施工的安全提供保障，另一方面它也是基坑工程動態(tài)設(shè)計和信息化施工中的一個重要環(huán)節(jié)。

2.1 軟黏土地區(qū)深基坑施工監(jiān)測的意義

軟黏土地區(qū)地鐵深基坑施工監(jiān)測由于軟黏土特殊的地質(zhì)、水文條件和地鐵特殊的抗震、低沉陷以及高安全性等要求，表現(xiàn)出比其他深基坑更嚴(yán)格更周密的監(jiān)測目的和要求。這主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

1)施工監(jiān)測必須能夠做到全天候，高頻率。尤其是在天氣不佳，水位上升的時候，含水量過高是軟黏土失穩(wěn)的主要原因。

2)施工監(jiān)測必須考慮施工機(jī)械振動、周圍交通荷載等動荷載因素的影響。由于該基坑施工過程中會受到周邊道路交通荷載的影響，而軟黏土在動荷載作用下的響應(yīng)比較強(qiáng)烈，因此在施工監(jiān)測中一定要從水位、孔壓等角度高度關(guān)注這些動荷載的影響。

3)對軟黏土地區(qū)這種長度較大、深度較深的基坑，在支撐拆除階段，必須著重注意監(jiān)測的合理周密以及施工的科學(xué)有序，因為較大的長寬比往往會造成基坑一些地方應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

4)通過施工監(jiān)測收集數(shù)據(jù)，為軟黏土地區(qū)深基坑的工程設(shè)計、施工及相關(guān)規(guī)程的制訂積累經(jīng)驗。

2.2 軟黏土地區(qū)深基坑施工監(jiān)測方案

該工程包括圍護(hù)施工及基坑開挖兩部分，基坑施工周期較長，基坑開挖面積較大。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點、施工方法、場地工程地質(zhì)、周圍道路交通環(huán)境及杭州本地氣象等條件，針對本工程的施工監(jiān)測主要設(shè)置以下監(jiān)測項目:①周邊地表垂直位移監(jiān)測(共30個測點);②圍護(hù)體頂圈梁的垂直和水平位移監(jiān)測(共10個測點);③圍護(hù)墻體側(cè)向位移監(jiān)測(共10個測點);④支撐軸力監(jiān)測(共26個測點);⑤坑外水位監(jiān)測(共6個測點，孔深約20 m);⑥周圍土體的孔隙比、含水率的監(jiān)測(共10個點);⑦土壓力的監(jiān)測;⑧基坑內(nèi)外觀察。

其中，周邊地表垂直位移監(jiān)測主要在2倍基坑開挖深度范圍內(nèi)布點，并且同時對基坑?xùn)|南約50 m的一條道路和北部的一所小學(xué)教學(xué)樓、操場、圍墻等進(jìn)行布點。圍護(hù)墻體側(cè)向位移監(jiān)測的部分鉆孔深度達(dá)到30 m，并且針對土層有夾層的情況設(shè)置了幾個深度為10 m的鉆孔。與其他基坑監(jiān)測不同，坑外水位的監(jiān)測是本工程監(jiān)測的一個主要項目之一，同時對基坑西側(cè)的一條小河進(jìn)行水位測量。周圍土體的孔隙比、含水量的監(jiān)測，根據(jù)施工情況以及天氣情況定時取點。土壓力監(jiān)測同樣也是本工程監(jiān)測的一個主要內(nèi)容，通過土壓力的監(jiān)測能夠最直觀地了解基坑周圍土體應(yīng)力水平的變化。

各監(jiān)測項目的測點布設(shè)位置及密度與工程樁施工的區(qū)域、圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型、基坑開挖順序、被保護(hù)對象的位置及特性相匹配。同時參照圍護(hù)樁位置、附屬結(jié)構(gòu)位置、周邊環(huán)境以及基坑開挖分段長度等參數(shù)。與此同時也注重了監(jiān)測斷面的布置，主要為了解土體變形的范圍、幅度、方向，對基坑變形信息有一個更加清楚全面的認(rèn)識。

本工程的監(jiān)測頻率隨施工的進(jìn)程、監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及天氣情況動態(tài)變化。一般為1 d一測，一周做一次周報。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大變化，做到1～2 h一測;當(dāng)施工進(jìn)度較快時，加大監(jiān)測頻率;當(dāng)有暴雨、強(qiáng)風(fēng)等惡劣天氣時，加大監(jiān)測頻率。

在報警指標(biāo)的選擇上，本工程按照有關(guān)規(guī)定以及工程實際情況，盡量選擇較小的報警值。比如對維護(hù)墻體的側(cè)向位移，報警指標(biāo)選擇1.5 mm/d，并且累積變化量不得超過15 mm。

2.3 監(jiān)測結(jié)果

由于篇幅有限，本文僅取個別有代表性的項目以及代表性的點進(jìn)行分析。

1)支撐軸力監(jiān)測 圖1為 ZL8(c)、ZL8(d)測點軸力變化曲線。由圖1可見，隨著基坑的開挖逐漸增大，至4月底基本達(dá)到穩(wěn)定，后由于拆卸相鄰支撐的影響又有所增大，但是累計值還處于警戒值范圍內(nèi)。

2)圍護(hù)樁樁身水平位移(測斜)監(jiān)測 圖2為J01測點的水平位移圖，由圖2可見樁體位移在剛剛開挖時變化較大，但是1月份之后位移基本已經(jīng)穩(wěn)定，位移的變化一直處于警戒范圍之內(nèi)。

圖1 ZL8(c)、ZL8(d)測點軸力變化

圖2 J01測點的水平位移

3)另外，監(jiān)測結(jié)果的其他項目在施工過程一般處于平穩(wěn)狀態(tài)，只有在5月份連續(xù)多天降雨，造成坑外水位大幅度升高，土壓力出現(xiàn)較大增長的情況。這時，監(jiān)測單位建議施工單位對坑外采取井點排水的辦法進(jìn)行降水，施工單位采取措施后水位下降，同時土壓力以及支撐軸力下降，處理效果良好。

3 軟黏土地區(qū)深基坑施工監(jiān)測中的組織控制

施工監(jiān)測與施工進(jìn)程能否在空間和時間上成為一個相互監(jiān)督、相互反饋的整體，做到信息的高效準(zhǔn)確傳遞，很大程度決定于施工監(jiān)測中的組織控制。在本工程的施工和監(jiān)測過程中，施工方和監(jiān)測方共同制訂了一套合理有效的組織控制方法，以確定信息的流暢傳輸以及施工組織的有效進(jìn)行。本控制方法能夠方便溝通設(shè)計單位、施工單位以及監(jiān)測單位，在實際操作中取得滿意的結(jié)果。

這種組織控制方法如圖3所示。

圖3 施工監(jiān)測中的組織控制方法

4 結(jié)語

施工監(jiān)測作為施工安全及環(huán)境控制中的一個重要手段，在本文軟黏土地區(qū)地鐵車站深基坑施工過程中圓滿完成了對施工的指導(dǎo)任務(wù)，確保了基坑工程的安全順利完工。

本文總結(jié)了軟黏土地區(qū)深基坑施工監(jiān)測的幾個特點，并對其監(jiān)測項目、要求提出了一些建議，最后給出了一套適合深基坑施工監(jiān)測的組織控制方法，可為軟黏土地區(qū)的深基坑施工監(jiān)測提供參考。

［1］夏才初，潘國榮.土木工程監(jiān)測技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］夏才初，李永盛.地下工程測試與監(jiān)測技術(shù)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1999.

［3］李瑞杰.地鐵工程深基坑施工監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2010(5):53-55.

［4］奚光宇.北京地鐵明挖基坑的監(jiān)控量測［J］.鐵道建筑，2010(8):53-56.

［5］劉建航，候?qū)W淵.基礎(chǔ)工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［6］陳忠漢.深基坑工程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001:66-68.

［7］夏力.深基坑支護(hù)施工質(zhì)量控制要點分析［J］.工程建設(shè)與管理，2008(20):232-233.

［8］賈彩虹，楊國忠，張雪穎.蘇州地鐵超寬超深基坑工程監(jiān)測與分析［J］.鐵道建筑，2010(10):61-65.