軟土地區(qū)超大深基坑分區(qū)開(kāi)挖對(duì)地下連續(xù)墻豎向位移的影響

□文/林佐江 張秀川 趙寶 陳玲 陶佩 馬萬(wàn)龍

軟土地區(qū)超大深基坑分區(qū)開(kāi)挖對(duì)地下連續(xù)墻豎向位移的影響

□文/林佐江 張秀川 趙寶 陳玲 陶佩 馬萬(wàn)龍

某工程為超大超深基坑，周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑設(shè)計(jì)形式多樣化，既有鋼筋混凝土內(nèi)支撐，又有伺服系統(tǒng)鋼支撐，既有作為永久結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻，又有為分區(qū)施工而設(shè)置的臨時(shí)地下連續(xù)墻。該基坑采用分區(qū)土方開(kāi)挖方案，文章結(jié)合對(duì)基坑分區(qū)開(kāi)挖各階段地下連續(xù)墻墻頂豎向位移的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，討論了超大深基坑分區(qū)開(kāi)挖對(duì)地下連續(xù)墻墻頂豎向位移的影響并對(duì)產(chǎn)生該影響的原因進(jìn)行了初步分析。

深基坑；分區(qū)開(kāi)挖；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；位移；地下連續(xù)墻；豎向

1　工程概況

某工程地上8層，地下5層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積為203 300 m2，其中地下總建筑面積為66 200 m2，地上總建筑面積為137 000 m2。地上建筑主體高度48.30 m，基坑面積約為13 000 m2，基底標(biāo)高-19.060 m。該基坑呈不規(guī)則四邊形，基坑邊長(zhǎng)約為550 m。

2　支護(hù)設(shè)計(jì)概況

該工程圍護(hù)體系采用地下連續(xù)墻，厚度1 000 mm，設(shè)計(jì)深度分為33.5、35 m兩種，其中33.5 m深的有47幅，35 m深的有11幅，接頭形式均為工字形型鋼接頭。

因工程周邊環(huán)境復(fù)雜，存在多處臨近基坑的歷史風(fēng)貌保護(hù)建筑且基坑緊鄰已運(yùn)營(yíng)的城市地鐵干線，故通過(guò)設(shè)置3道臨時(shí)地下連續(xù)墻將大基坑劃分為4個(gè)小基坑獨(dú)立施工，臨時(shí)地下連續(xù)墻厚度為1 000 mm，設(shè)計(jì)深度為33.5 m，接頭形式為鎖口管，共有25幅。

內(nèi)支撐體系分2種，其中一區(qū)、二區(qū)與四區(qū)采用3道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，三區(qū)因臨近地鐵，采用1道鋼筋混凝土內(nèi)支撐+3道伺服系統(tǒng)鋼支撐，見(jiàn)圖1。

圖1　支撐

混凝土等級(jí)水下C35，抗?jié)B等級(jí)P8級(jí)。外側(cè)圍護(hù)采用工字鋼剛性接頭，內(nèi)側(cè)分隔墻采用柔性鎖口管接頭。剛性接頭地下連續(xù)墻預(yù)留2根注漿管，每幅墻注漿量≮2 m3，注漿材料用P.O42.5硅酸鹽水泥。

3　施工要求

根據(jù)支護(hù)形式及設(shè)計(jì)要求，考慮周邊的安全性，施工先遠(yuǎn)地鐵，后近地鐵，相鄰基坑不同時(shí)開(kāi)挖，先期施工基坑待地下結(jié)構(gòu)底板完工后，方可施工相鄰基坑，首道支撐先行施工。

具體施工要求如下：

1）基坑開(kāi)挖要求充分考慮“時(shí)空效應(yīng)”；

2）根據(jù)工程籌劃及施工進(jìn)度計(jì)劃，結(jié)構(gòu)基坑平面形狀，整個(gè)基坑劃分為4個(gè)區(qū)，區(qū)域劃分通過(guò)設(shè)置臨時(shí)地下連續(xù)墻分開(kāi)，見(jiàn)圖2，施工順序?yàn)橐粎^(qū)→二區(qū)→三區(qū)、四區(qū)，基坑施工均采用順筑法，其中一區(qū)基坑面積約5 057 m2，二區(qū)基坑面積約為5 907 m2，三區(qū)基坑面積約為1 274 m2，四區(qū)基坑面積約為814 m2；

3）前一區(qū)域基礎(chǔ)底板施工完畢后，開(kāi)始開(kāi)挖下一區(qū)域土方。

圖2　基坑與地鐵車站關(guān)系

4　圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

按照GB50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，確定本基坑等級(jí)為一級(jí)，屬于超深基坑。監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目：地下連續(xù)墻深部水平位移、地下連續(xù)墻頂部水平位移、地下連續(xù)墻頂部豎向位移、立柱沉降、支撐軸力、地下水位、周邊建筑物豎向位移及傾斜、周邊地下管線變形、周邊地表沉降。

本文重點(diǎn)對(duì)地下連續(xù)墻頂部豎向位移監(jiān)測(cè)與基坑分區(qū)開(kāi)挖之間的關(guān)系做分析與探討，地下連續(xù)墻頂部豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與其水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用，見(jiàn)圖3。

圖3　地下連續(xù)墻墻頂豎向位移監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

5　工程地質(zhì)條件

工程地質(zhì)條件見(jiàn)表1。

表1　地質(zhì)概況m

5.1水層分布

工程場(chǎng)區(qū)地表下約50.00 m深度范圍內(nèi)可劃分為3個(gè)含水層：潛水含水層、第一承壓含水層、第二承壓含水層。

5.2地下水補(bǔ)徑排關(guān)系

1）潛水。天然動(dòng)態(tài)類型屬滲入-蒸發(fā)徑流型，主要接受大氣降水入滲、綠化灌溉入滲和地表水體滲漏補(bǔ)給，排泄方式主要為蒸發(fā)、地下水側(cè)向徑流和垂向越流。本工程場(chǎng)區(qū)所在區(qū)域該層地下水總體流向?yàn)樽员蔽飨蚰蠔|，水位變幅0.50～1.00 m/a。

2）承壓水。天然動(dòng)態(tài)類型屬滲入-徑流型，以越流補(bǔ)給、地下水側(cè)向徑流和“天窗”滲漏補(bǔ)給為主，排泄方式主要為側(cè)向徑流和越流。本工程場(chǎng)區(qū)所在區(qū)域該層地下水總體流向?yàn)樽员蔽飨蚰蠔|。

5.3地下水位

勘察期間測(cè)得場(chǎng)地地下潛水水位：初見(jiàn)水位2.00～3.20 m，相當(dāng)于標(biāo)高0.15～-0.66 m；靜止水位1.20～1.70 m，相當(dāng)于標(biāo)高1.05～0.95 m。

擬建場(chǎng)地淺層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，變幅一般為0.50～1.00 m/a，見(jiàn)圖4。

圖4　基坑剖面與工程地質(zhì)關(guān)系

6　各區(qū)域土方開(kāi)挖施工

本工程土方開(kāi)挖與內(nèi)支撐施工交叉進(jìn)行，見(jiàn)表2-表5。

表2　一區(qū)土方開(kāi)挖參數(shù)

表3　二區(qū)土方開(kāi)挖參數(shù)

表4　三區(qū)土方開(kāi)挖各施工參數(shù)

表5　四區(qū)土方開(kāi)挖各施工參數(shù)

7　施工周期

各區(qū)域深基坑施工周期見(jiàn)表6。

表6　各施工階段時(shí)間周期

8　地下連續(xù)墻墻頂位移隨開(kāi)挖時(shí)間的數(shù)值變化分析

在施工過(guò)程中，對(duì)各區(qū)域地下連續(xù)墻墻頂豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，由于監(jiān)測(cè)量比較大，故本文僅選取JC1、JC3、JC4、JC5、JC7、JC8、JC11、JC13、JC15、JC17、JC24、JC26、JC29進(jìn)行分析，見(jiàn)圖5-圖8。

圖5　JC1、JC3、JC24、JC26、JC29豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

圖6　JC4、JC5、JC7、JC8、JC17豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

圖7　JC11、JC13豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

圖8　JC15豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

由圖5-圖8可以明顯的看出：

1）地下連續(xù)墻墻頂豎向位移一般發(fā)生在第2步土方開(kāi)挖之后，第1步土方開(kāi)挖時(shí)變形不明顯，第2步土方開(kāi)挖完時(shí)一區(qū)JC26上升6 mm、二區(qū)JC5上升6 mm、三區(qū)JC11上升5.2 mm、四區(qū)JC15上升0.8 mm；

2）從第3步土方開(kāi)挖開(kāi)始到基礎(chǔ)底板施工完畢這段期間，地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化趨勢(shì)最明顯，其中一區(qū)JC26上升至18 mm、二區(qū)JC5上升至24 mm、三區(qū)JC11上升至19 mm、四區(qū)JC15上升至11.5 mm；

3）基礎(chǔ)底板施工完畢30～45 d時(shí)間內(nèi)，地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化不明顯，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，曲線較為平緩，超過(guò)此時(shí)間階段后，又開(kāi)始呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，至結(jié)構(gòu)施工至正負(fù)零時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)始平緩；

4）先開(kāi)挖區(qū)域地下連續(xù)墻墻頂豎向位移比后開(kāi)挖區(qū)域地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化范圍大，約相差10 mm；

5）大基坑比小基坑變化范圍大，時(shí)空效應(yīng)影響比較顯著。

9　地下連續(xù)墻墻頂位移隨開(kāi)挖土方量的數(shù)值變化分析

地下連續(xù)墻墻頂位移隨開(kāi)挖土方量的數(shù)值變化見(jiàn)圖9-圖12。

圖9　JC1、JC3、JC24、JC26、JC29豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

圖10　JC4、JC5、JC7、JC8、JC17豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

圖11　JC11、JC13豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

圖12　JC15豎向位移監(jiān)測(cè)曲線

由圖9-圖12可以分析出如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）各區(qū)域各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下連續(xù)墻墻頂豎向位移隨土方開(kāi)挖的變化趨勢(shì)是基本一致的；

2）臨時(shí)地下連續(xù)墻（分隔墻）的變形量低于圍護(hù)地下連續(xù)墻的變形量；

3）一區(qū)圍護(hù)墻JC3監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻頂豎向位移與土方開(kāi)挖量的關(guān)系為2.15 mm/萬(wàn)m3，臨時(shí)墻JC29監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻頂豎向位移與土方開(kāi)挖量關(guān)系為1.26 mm/萬(wàn)m3；二區(qū)圍護(hù)墻JC5監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻頂豎向位移與土方開(kāi)挖量的關(guān)系為2.03 mm/萬(wàn)m3，臨時(shí)墻JC17監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻頂豎向位移與土方開(kāi)挖量關(guān)系為0.95 mm/萬(wàn)m3；三區(qū)圍護(hù)墻JC13監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻頂豎向位移與土方開(kāi)挖量的關(guān)系為8.43 mm/萬(wàn)m3；四區(qū)圍護(hù)墻JC15監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻頂豎向位移與土方開(kāi)挖量的關(guān)系為7.57 mm/萬(wàn)m3。

從該計(jì)算數(shù)據(jù)中可以看出，圍護(hù)墻墻頂豎向位移變化量及變化速率均大于臨時(shí)墻，后期開(kāi)挖區(qū)域的圍護(hù)墻豎向位移變化速率大于先期開(kāi)挖的圍護(hù)墻。

10　結(jié)論

1）超大深基坑分區(qū)（或分倉(cāng)）開(kāi)挖對(duì)于控制地下連續(xù)墻墻頂豎向位移是有效的。

2）開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)充分考慮時(shí)空效應(yīng)，盡量縮短開(kāi)挖時(shí)間和降低開(kāi)挖面積，以更好控制地下連續(xù)墻豎向位移。

3）前期基坑開(kāi)挖完畢后，降低了土體對(duì)后期基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的摩擦力，故后期基坑開(kāi)挖時(shí)地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化速率較快。

4）由于基坑土方開(kāi)挖過(guò)程是土體卸載的過(guò)程，故一般情況下地下連續(xù)墻豎向位移呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

5）由于分倉(cāng)開(kāi)挖會(huì)在一定程度上增加基坑工程造價(jià)和延長(zhǎng)施工周期，該方式比較適用于周邊環(huán)境復(fù)雜和臨近地鐵的超大深基坑工程。

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□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.002

□張秀川、趙寶、陳玲、陶佩、馬萬(wàn)龍/中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司。

□TU476+.3

□C

□1008-3197（2016）05-03-05

□2016-05-24

□林佐江/男，1977年出生，高級(jí)工程師，中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司，從事經(jīng)營(yíng)管控、項(xiàng)目管理和工程技術(shù)工作。