特殊環(huán)境下基坑工程的監(jiān)測與分析

上海機(jī)場建設(shè)指揮部 上海 201202

1 工程概況

上海浦東國際機(jī)場T1航站樓流程改造工程——旅客捷運(yùn)系統(tǒng)土建預(yù)留工程包括車站、連廊段區(qū)間、渡線段區(qū)間、設(shè)備段區(qū)間及工作井5 個(gè)部分，工程范圍均位于T1航站樓主樓（南北向）與候機(jī)長廊（南北向）之間的中庭區(qū)域，并穿越二者之間的南連廊（東西向）樁基承臺。

車站區(qū)簡稱為CD區(qū)，為整個(gè)工程的中心部分，基坑平面形狀為狹長形，面積約為5 560 m2，周邊約616 m，基坑常規(guī)開挖深度達(dá)到了8.7 m，承臺落深區(qū)域最大開挖深度達(dá)到了10.9 m?；訃o(hù)采用Φ800 mm鉆孔灌注樁，灌注樁外側(cè)設(shè)置止水帷幕，受航站樓外傾玻璃幕墻影響，止水帷幕均采用雙排Φ800 mm旋噴樁，距主樓和候機(jī)長廊承臺最近距離為0.8 m ?；釉O(shè)2 道支撐順作開挖，首道為800 mm×800 mm混凝土支撐，下落1.7 m，支撐水平間距約6 m，第2道支撐在直撐段為Φ609 mm×16 mm鋼支撐，在斜撐段仍為混凝土支撐，以控制變形。

2 工程地質(zhì)條件

根椐本工程巖土工程勘察報(bào)告，建設(shè)場地缺失上海市統(tǒng)編第⑥層暗綠色硬土層和第⑧層灰色黏性土層，場地各巖土分層為：①層雜填土，成分復(fù)雜，厚度變化較大，②1層褐黃-灰黃色粉質(zhì)黏土，第②2層灰色黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和第②3層灰色砂質(zhì)粉土；第③1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第③2層灰色砂質(zhì)粉土；第④層灰色淤泥質(zhì)黏土；第⑤1層灰色黏土、第⑤3層灰色粉質(zhì)黏土和第⑤4層灰綠-草黃色粉質(zhì)黏土；第⑦2-1層草黃色粉砂和第⑦2-2層草黃-灰色粉砂。

3 工程難點(diǎn)分析

3.1 四邊既有建筑結(jié)構(gòu)

基坑?xùn)|西兩側(cè)分別為T1航站樓主樓與候機(jī)長廊，全部為樁基基礎(chǔ)，兩側(cè)建筑的基礎(chǔ)承臺與基坑圍護(hù)邊線距離最近處僅為2 m?；幽媳眱蓚?cè)均為航站樓連廊，結(jié)構(gòu)基本相同，首層架空，承臺埋深3.02 m，承臺高2 m，承臺與基坑圍護(hù)邊線距離約6 m。既有建筑物承臺距離基坑極近，基坑施工對既有建筑物基礎(chǔ)的影響不可避免，對施工提出了很大的挑戰(zhàn)。

3.2 基坑?xùn)|西側(cè)淺層積水

東西兩側(cè)建筑物基礎(chǔ)底板埋深約0.4 m，底板下部有雨污水管道通過，且回填土沉積時(shí)間較長，底板已變?yōu)榧芸战Y(jié)構(gòu)，空腔部分被水填充，基坑?xùn)|西兩側(cè)淺部已被水包圍，增加了施工難度，對基坑的止水提出了極高的要求。

3.3 施工條件

基坑?xùn)|西兩側(cè)建筑物底板下部的積水，以及基坑周邊松散的淺部土，為止水帷幕的施工效果提出了挑戰(zhàn)?；优c建筑物間距較小，加上東西兩側(cè)玻璃幕墻的外傾，導(dǎo)致基坑上部施工空間較小，為圍護(hù)、止水帷幕等的施工帶來了很大的困難。

4 基坑監(jiān)測方案

通過現(xiàn)場監(jiān)測，及時(shí)掌握基坑的變形情況和對周邊環(huán)境的影響，及時(shí)調(diào)整施工方案和施工步驟，以達(dá)到有效地指導(dǎo)施工現(xiàn)場、優(yōu)化施工、安全施工和避免事故發(fā)生的目的[3]。

根據(jù)本工程監(jiān)測技術(shù)要求和現(xiàn)場施工具體情況，本監(jiān)測方案需要做到：以基坑施工區(qū)域周圍2 倍基坑開挖深度范圍的建筑物、周邊土體和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身作為本工程監(jiān)測及保護(hù)的對象，監(jiān)測點(diǎn)平面布置見圖1。具體監(jiān)測內(nèi)容見表1，監(jiān)測報(bào)警值見表2。

圖1 基坑監(jiān)測點(diǎn)平面布置

表1 基坑監(jiān)測內(nèi)容

表2 基坑監(jiān)測報(bào)警值

5 監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 圍護(hù)體傾斜（深層水平位移）分析

根據(jù)基坑受力分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般情況下基坑長邊中部變形最大，角部變形較小，故選擇東側(cè)中間部位的P04孔進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，歷時(shí)曲線如圖2。本基坑?xùn)|南角處出現(xiàn)了漏水并注漿堵漏，變形較大，故選擇漏水處的P07測斜孔進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，歷時(shí)曲線如圖3。

圖2 P04測斜孔隨開挖時(shí)間的變形曲線

圖3 P07測斜孔隨開挖時(shí)間的 變形曲線

由圖2和圖3可知，基坑開挖過程中，圍護(hù)墻體的最大水平位移與開挖深度和時(shí)間的關(guān)系密切。圍護(hù)墻體水平位移量隨著開挖的進(jìn)行不斷地變大，隨著開挖深度的加深，各個(gè)測點(diǎn)的側(cè)向位移逐步加大，尤其是挖土工況導(dǎo)致地下連續(xù)墻側(cè)向位移增長最快，基坑開挖面附近深度水平變形增大迅速，基坑圍護(hù)墻底部也有一定的變化[4]。圍護(hù)墻的水平位移大小及分布與基坑開挖深度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體剛度、支撐系統(tǒng)的剛度、地質(zhì)狀況、地面超載等因素有關(guān)。

在基坑開挖階段，開挖第1層土到第2道支撐位置處，深約5.7 m，P02孔和P07孔變形都不大，P02孔最大值不超過3 mm，P07孔不超過5 mm，變形控制比較可觀。從第2道支撐底繼續(xù)下挖到基坑底部時(shí)，墻體的的水平位移迅速增大，最大水平位移都出現(xiàn)在當(dāng)前開挖階段的開挖面附近，由此可見，墻體水平位移的最大值處于在當(dāng)前開挖面附近，墻體的變形不僅發(fā)生在開挖面以上，開挖面以下也會產(chǎn)生一定的變形。澆筑墊層后，圍護(hù)墻體的水平位移變形速率迅速下降，但墻體水平位移依然有增大趨勢。直至底板澆筑完成，墻體水平位移變化才明顯減緩，不過，地下結(jié)構(gòu)施工階段， 圍護(hù)墻體變形依然有變形，依然占有一定的比例，說明上海軟土的流變性質(zhì)對基坑變形的發(fā)展影響也很大[5-7]。

從P02孔和P07孔變形歷時(shí)曲線圖可以看出，雖然P02處于基坑長邊中部，但P07孔的累計(jì)變形卻較大，這主要是由于在第1層土開挖階段，P07孔附近墻體出現(xiàn)漏水，坑外進(jìn)行了注漿堵漏，注漿壓力對墻體產(chǎn)生了一定的擠壓，導(dǎo)致了P07孔在第2層土方開挖階段，產(chǎn)生了大量的變形，其累計(jì)量超過了P02孔。

5.2 支撐軸力分析

由數(shù)據(jù)分析可知，本基坑的第1道支撐軸力最大值出現(xiàn)在基坑角撐與直撐過度部位，主要是由于此處支撐間距較大，支撐需要平衡的土壓力就較多，故表現(xiàn)為較大值。

本基坑第1道支撐和第2道支撐的角撐為混凝土支撐，混凝土支撐澆筑完畢后，由于混凝土硬化過程中體積有一定的收縮，混凝土就會對握裹的鋼筋產(chǎn)生壓力，在基坑未開挖前支撐內(nèi)部已經(jīng)產(chǎn)生了一定數(shù)量級的壓應(yīng)力，而軸力的初始值是在支撐養(yǎng)護(hù)完畢后測得，所以此時(shí)計(jì)算出來的支撐軸力表現(xiàn)為拉應(yīng)力，這是由于混凝土支撐的本身材料特點(diǎn)決定的。從由圖4和圖5可以很明顯看出混凝土支撐的這個(gè)特點(diǎn)。

圖4 第1道支撐軸力隨開挖時(shí)間變化曲線

圖5 第2道支撐軸力隨開挖時(shí)間變化曲線

本工程第2道鋼支撐采用的軸力自動補(bǔ)償系統(tǒng)，軸力自動補(bǔ)償支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)施工技術(shù)與液壓控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的結(jié)合，對支撐軸力變化實(shí)施全天候監(jiān)測和自動補(bǔ)償，使支撐軸力始終處于恒定狀態(tài)，克服了傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間不斷損失的缺陷，減小了基坑變形，使基坑變形始終處于可控狀態(tài)。從圖5可以看出，軸力自動補(bǔ)償系統(tǒng)鋼支撐的支撐軸力一直處于恒定狀態(tài)，而混凝土支撐的支撐伴隨著基坑的開挖變形，軸力不斷增大。

5.3 立柱隆沉分析

由圖6可知，在基坑開挖初期，立柱隆沉變化不大，部分測點(diǎn)由于位于棧橋下，受重車來往影響，還有所下沉。隨著基坑開挖深度的增加，坑內(nèi)土體卸載造成坑底土體回彈，帶動立柱上升。開挖第1層土?xí)r，立柱明顯抬升，挖到第2道支撐處，隨著挖土的暫停，立柱抬升也慢慢趨緩，隨著第2層土的繼續(xù)開挖，立柱又慢慢抬升，不過速率大大減小，底板澆筑后，立柱隆沉基本穩(wěn)定。立柱抬升最大值沒有超過25 mm，說明基坑開挖雖然對坑內(nèi)立柱上升有影響，但未對工程施工造成不良影響，依舊在控制范圍內(nèi)。

圖6 立柱隆沉?xí)r間變化曲線

5.4 周邊承臺隆沉分析

通過觀察監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線后發(fā)現(xiàn)，90～180 d期間，基坑?xùn)|側(cè)航站樓承臺沉降曲線出現(xiàn)了1 個(gè)拋物線形的變化過程，先猛烈抬升，后慢慢回落。結(jié)合工況分析可知，前期抬升主要是由于基坑外圍的止水旋噴樁施工所致，旋噴樁施工一方面對原狀土體產(chǎn)生了擾動，另一方面注漿有壓力產(chǎn)生，在二者的綜合作用下，承臺出現(xiàn)了明顯抬升。130～180 d期間，隨著注漿施工的完成和基坑挖土的開始，曲線變化呈持續(xù)下降趨勢，說明此階段土方開挖導(dǎo)致了圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外側(cè)土體向坑內(nèi)變形，引起周邊建筑物沉降。

180 d以后，承臺沉降曲線又出現(xiàn)了先抬升后下沉的過程，不過變形幅度有所緩和，據(jù)分析，是由于東側(cè)圍護(hù)出現(xiàn)了數(shù)處漏水，注漿加固導(dǎo)致了承臺的抬升，隨著基坑挖土、地下結(jié)構(gòu)施工等工序的進(jìn)行，承臺慢慢下沉并穩(wěn)定，變化曲線趨近水平。270 d之后，沉降曲線有所下降，此時(shí)基坑正在進(jìn)行支撐拆除施工，說明支撐的拆除間接影響到建筑物的沉降。

6 結(jié)語

深基坑開挖引起周邊土體變形，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境都會產(chǎn)生不良影響。因此，深基坑工程開挖不僅要保證基坑本身的安全與穩(wěn)定，而且還要嚴(yán)格控制基坑周圍地層移動以保護(hù)周圍建筑物。特別是在特殊環(huán)境下，周邊環(huán)境的特殊性為基坑的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。所以在基坑施工過程中，對基坑和周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析，判斷基坑工程的現(xiàn)時(shí)安全性，優(yōu)化下一步施工參數(shù)具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[8]。