基坑開(kāi)挖引起周?chē)芫€(xiàn)位移分析

尤 弋， 江南寧

(江蘇省巖土工程公司，江蘇 南京 210018)

基坑開(kāi)挖引起周?chē)芫€(xiàn)位移分析

尤 弋， 江南寧

(江蘇省巖土工程公司，江蘇 南京 210018)

為探討深基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)芫€(xiàn)位移的影響，明確管線(xiàn)位移軌跡模式，以南京江東軟件城深基坑工程為背景，對(duì)管線(xiàn)位移實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先介紹該基坑工程的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)方案；在此基礎(chǔ)上結(jié)合施工過(guò)程，分析周?chē)?根管線(xiàn)豎向沉降和水平位移發(fā)展規(guī)律，并探討二者之間的關(guān)系，揭示管線(xiàn)位移軌跡。由分析可知，豎向沉降先于水平位移發(fā)生，隨基坑施工的開(kāi)展，豎向和水平位移同步增大；在基坑第二道支撐施工后，豎向沉降出現(xiàn)平臺(tái)，水平位移明顯減?。坏叵率业装迨┕ず?，變形趨于穩(wěn)定。距離基坑側(cè)壁垂直距離較近的管線(xiàn)位移軌跡為三次多項(xiàng)式曲線(xiàn)，距離基坑側(cè)壁較遠(yuǎn)的管線(xiàn)沿直線(xiàn)狀向坑腳移動(dòng)。

基坑開(kāi)挖；基坑監(jiān)測(cè)；管線(xiàn)；位移軌跡；順作法

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市地下空間的建設(shè)進(jìn)入新的紀(jì)元，基坑工程建設(shè)向著規(guī)模更大、深度更深、環(huán)境條件更復(fù)雜的方向發(fā)展。這給基坑工程設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，如何保證基坑安全并盡量減小對(duì)周邊設(shè)施的影響成為基坑工程研究的熱點(diǎn)[1-4]。

細(xì)致的基坑監(jiān)測(cè)方案是基坑設(shè)計(jì)完成后，保證施工中基坑安全的重要保障[5]。以實(shí)際工程為例，多位學(xué)者對(duì)不同地域基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析。安關(guān)峰等[6]對(duì)廣州地鐵公園前地下空間深基坑綜合支護(hù)監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析，主要分析了土壓力、孔隙水壓力、地下水位、土體測(cè)斜、樁體測(cè)斜和錨索應(yīng)力的監(jiān)測(cè)結(jié)果。丁智等[7]對(duì)杭州地鐵新塘路、景芳路交叉口工程深基坑開(kāi)挖過(guò)程中的地下連續(xù)墻墻體深層水平位移、鋼支撐軸力、地表沉降和地下水位等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并提出基坑監(jiān)測(cè)的建議。李蘇春等[8]對(duì)采用鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐支護(hù)方案的蘇州鳳凰國(guó)際書(shū)城基坑監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析，包括深層水平位移、地下水位降深和地鐵車(chē)站變位等。

上述基于大型工程監(jiān)測(cè)方案的分析中，多側(cè)重分析支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、基坑土體位移和地下水位變化；隨著城市地下空間構(gòu)筑物日漸密集，有學(xué)者專(zhuān)門(mén)研究基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)芫€(xiàn)位移的影響。李大勇、龔曉南等[9]建立了同時(shí)考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土體與地下管線(xiàn)變形耦合作用的三維有限元分析模型，對(duì)地下管線(xiàn)保護(hù)措施的幾種方法進(jìn)行了數(shù)值分析，細(xì)致分析了加固措施對(duì)減少地下管線(xiàn)位移程度的影響，為工程實(shí)際提供參考。段輝樂(lè)等[10]以天津某深基坑為例，總結(jié)了基坑施工工況、基坑長(zhǎng)短邊和距基坑中心處的距離對(duì)周?chē)芈窆芫€(xiàn)沉降影響規(guī)律；并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到預(yù)測(cè)管線(xiàn)沉降的經(jīng)驗(yàn)公式。王德剛等[11]以上海浦東新區(qū)某基坑工程為例，綜合分析了各種工況下管線(xiàn)的位移并提出預(yù)防措施。李鏡培等[12]結(jié)合工程實(shí)例，研究了框架逆作法施工的超大深基坑的變形特性及其對(duì)周邊環(huán)境的影響，結(jié)果表明，框架逆作法可以有效地控制基坑的變形和保護(hù)周?chē)h(huán)境。然而，這些研究中，多僅關(guān)注管線(xiàn)的豎向沉降，而少研究管線(xiàn)水平位移，更未見(jiàn)關(guān)于管線(xiàn)豎向沉降與水平位移發(fā)展關(guān)系的研究。

鑒于此，本文以南京江東軟件城一深基坑工程為背景，結(jié)合施工過(guò)程，分析周?chē)母芫€(xiàn)豎向沉降和水平位移的關(guān)系，并探討二者之間的關(guān)系，揭示管線(xiàn)的位移軌跡。這對(duì)提高對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中管線(xiàn)位移發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)有較大意義，并且可為類(lèi)似工程管線(xiàn)位移發(fā)展規(guī)律預(yù)測(cè)提供建議。

1 工程地質(zhì)條件和基坑設(shè)計(jì)

該工程為南京江東軟件城IT0園區(qū)E07地塊工程?；又黧w結(jié)構(gòu)為3層地下室，框剪結(jié)構(gòu)，負(fù)三層底板頂標(biāo)高-12.50 m，底板厚0.8 m，柱下承臺(tái)厚1.5 m?；娱_(kāi)挖深度為12.60～14.60 m，基坑面積約28000 m2，周長(zhǎng)約660 m。

1.1 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌單元為長(zhǎng)江漫灘，擬建場(chǎng)地拆除后表層堆填較多建筑和生活垃圾?；佑绊懮疃确秶鷥?nèi)場(chǎng)地巖土層自上而下分布及各層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)勘察揭示的巖土層結(jié)構(gòu)特征分析，場(chǎng)地地下水為淺層潛水及深層弱承壓水。潛水主要分布于①層填土、②1、②2層軟粘土中；③層砂性土及④層粗砂混礫石層中為弱承壓水；⑤層基巖中基本不含地下水。場(chǎng)地地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，以徑流、蒸發(fā)形式排泄?？辈炱陂g降雨較多，場(chǎng)地潛水穩(wěn)定水位在1.3 m；承壓水穩(wěn)定水位埋深為3.1～3.65 m。

1.2 基坑設(shè)計(jì)

本基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，根據(jù)基坑周邊環(huán)境要求確定本工程的側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)。根據(jù)南京南大巖土工程技術(shù)有限公司提供的“南京鼓樓科技園E07地塊詳勘報(bào)告”，綜合場(chǎng)地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境的保護(hù)要求，以“安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行，方便施工”為原則，確定本基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案如下。

1.2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

MNAB、CDEFGHJK段采用?1100@1300鉆孔灌注樁加兩層鋼筋混凝土支撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)樁外側(cè)設(shè)置?850@1200三軸深攪拌樁作為止水帷幕；BC、KLM段采用?1200@1400鉆孔灌注樁加兩層鋼筋混凝土支撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)樁外側(cè)設(shè)置?850@1200三軸深攪拌樁作為止水帷幕；深淺基坑分界處采取1.45 m寬水泥土重力式擋墻支護(hù)，坑內(nèi)局部采用三軸深攪拌樁加固，三軸深攪拌樁加固樁與支護(hù)樁之間的孔隙采用壓密注漿充填連接；塔樓電梯井深坑采用?800@1000鉆孔灌注懸臂樁支護(hù)，支護(hù)樁外側(cè)設(shè)單排?850@1200三軸深攪拌樁作為止水帷幕。支護(hù)結(jié)構(gòu)典型平面和剖面圖如圖1所示。

1.2.2 地下水處理

支護(hù)樁外側(cè)設(shè)置?850 mm三軸深攪拌樁作為止水帷幕；基坑內(nèi)布設(shè)102口降水井控制性降低地下水承壓性，保證土方順利開(kāi)挖及主體結(jié)構(gòu)施工；坑外暫布27口觀測(cè)井，觀測(cè)井具體數(shù)量、位置根據(jù)止水帷幕冷縫位置及環(huán)境保護(hù)進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)作為坑外回灌井；支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部采用排水溝疏排大氣降水及地表水。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

2 基坑監(jiān)測(cè)和施工方案

本基坑工程側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，基坑開(kāi)挖及地下結(jié)構(gòu)施工必須加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)。本基坑具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、沉降，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移，支撐軸力，支撐立柱沉降，地下水位觀測(cè)，道路路面沉降，電塔及地下管線(xiàn)水平、垂直位移。本文主要分析其中4根管線(xiàn)的豎向沉降和水平位移。該4根管線(xiàn)位于B點(diǎn)附近，沿基坑豎直剖面的四根管線(xiàn)的相對(duì)位置如圖2所示。其中，G1和G3管線(xiàn)距離基坑側(cè)壁約6.5 m，G2和G4管線(xiàn)距離基坑側(cè)壁10 m;G2、G3、G4和G1管線(xiàn)距離地面分別為3.0、4.5、7.0和8.5 m。

圖2 管線(xiàn)相對(duì)位置示意圖

本工程采用順作法施工，施工過(guò)程如圖3所示，包括8種工況。

(1)工況一：施工工程樁、鉆孔灌注支護(hù)樁、三軸深層攪拌樁及立柱樁；(2)工況二：待深層攪拌樁、鉆孔樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，土方開(kāi)挖至圍梁及第一層鋼筋混凝土支撐；(3)工況三：待圈梁及第一層鋼筋混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，土方開(kāi)挖至圍梁及第二層支撐底，施工鋼筋混凝土圍檁及第二層支撐；(4)工況四：待鋼筋混凝土圍檁及第二層支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，土方開(kāi)挖基坑底標(biāo)高，及時(shí)澆筑墊層至支護(hù)樁邊；(5)工況五：待墊層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后人工掏挖承臺(tái)、電梯井等深坑，并及時(shí)澆筑地下室底板至支護(hù)樁樁邊；(6)工況六：待地下室底板及換撐結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，拆除第二道鋼筋混凝土支撐及圍檁；(7)工況七：繼續(xù)施工地下室主體結(jié)構(gòu)，完成負(fù)一、二層底板及換撐結(jié)構(gòu)施工；(8)工況八：待負(fù)一、二層地下室底板及換撐結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，拆除第一道鋼筋混凝土支撐，繼續(xù)施工地下室主體結(jié)構(gòu)至±0.00 m，地下室外墻與支護(hù)樁區(qū)域。

3 管線(xiàn)位移分析

所分析持續(xù)2個(gè)半月的測(cè)試數(shù)據(jù)為圖3(b)—(f)，涵蓋整個(gè)主要開(kāi)挖過(guò)程。

3.1 豎向沉降和水平位移的發(fā)展

自2011年6月7日到2011年8月18日，整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中，圖2所示4根管線(xiàn)豎向沉降和水平位移隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的推移變化情況如圖4所示。

由圖4可知，6月7日起管線(xiàn)已有初始沉降5～6 mm，隨著基坑施工的開(kāi)展，豎向沉降逐漸增大。并在7月中旬出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，7月10日到7月17日一周內(nèi)，豎向沉降保持穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)圖(d)施工第二道支撐的過(guò)程。隨著基坑開(kāi)挖的繼續(xù)，沉降繼續(xù)增加，并最終穩(wěn)定于一個(gè)不變的值。該值即對(duì)應(yīng)第三道支撐，即地下室底板的施工。開(kāi)挖完成后，按沉降位移從大到小排序?yàn)镚2、G3、G4和G1，即距離地表越近的管線(xiàn)基坑開(kāi)挖將引起其更大的沉降。

水平位移隨施工過(guò)程的變化規(guī)律與沉降總體一致。但沉降出現(xiàn)第一個(gè)平臺(tái)位置處，即第二道支撐施工后，水平位移不僅不繼續(xù)發(fā)展，而是出現(xiàn)了相反方向的位移。說(shuō)明第二道支撐對(duì)基坑側(cè)壁產(chǎn)生一定壓應(yīng)力，起到了很好的控制變形發(fā)展的作用。開(kāi)挖完成后，按水平位移從大到小排序?yàn)镚3、G1、G4和G2；即距離基坑側(cè)壁垂直距離近的G3和G1管線(xiàn)比距離遠(yuǎn)的G4和G2管線(xiàn)水平位移大，相同垂直距離處，近處越靠近地表(G3)水平位移越大，而遠(yuǎn)處并非如此。

圖3基坑施工過(guò)程

圖4 管線(xiàn)豎向沉降和水平位移隨時(shí)間的變化

可見(jiàn)，豎向沉降和水平位移的發(fā)展是基本同步的。但初始的水平位移為0，說(shuō)明沉降是先于水平位移發(fā)生的。之后的過(guò)程中，隨沉降的發(fā)展水平位移同時(shí)發(fā)展，沉降出現(xiàn)第一個(gè)平臺(tái)后水平位移出現(xiàn)平臺(tái)并略有減小；變形繼續(xù)發(fā)展，最終一起趨于穩(wěn)定。整個(gè)施工過(guò)程中，管線(xiàn)豎向沉降均遠(yuǎn)低于沉降警戒值28 mm和沉降報(bào)警值32 mm。說(shuō)明基坑支護(hù)和施工方案安全合理。而豎向沉降的絕對(duì)值均大于對(duì)應(yīng)時(shí)刻的水平位移值，可見(jiàn)，以相同的控制標(biāo)準(zhǔn)定義豎向和水平的位移值，對(duì)于實(shí)際豎向位移的控制是偏于保守的。

3.2 管線(xiàn)位移軌跡

以監(jiān)測(cè)水平位移為橫坐標(biāo)，豎向沉降為縱坐標(biāo)，可得到4根管線(xiàn)的位移軌跡如圖5所示。

圖5中同樣可以觀察到豎向沉降先于水平位移發(fā)生，且豎向位移出現(xiàn)第一個(gè)平臺(tái)時(shí)，水平位移略微減小。靠基坑側(cè)壁近的G1和G3管線(xiàn)的位移軌跡基本呈三次多項(xiàng)式曲線(xiàn)的形式，而距離基坑側(cè)壁較遠(yuǎn)處的G2和G4管線(xiàn)的位移軌跡呈直線(xiàn)向坑腳移動(dòng)。

圖5 管線(xiàn)位移軌跡

4 結(jié)論

結(jié)合具體工程的設(shè)計(jì)和施工方案，對(duì)監(jiān)測(cè)的管線(xiàn)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到的結(jié)論有。

(1)隨基坑施工過(guò)程的開(kāi)展，豎向沉降逐漸發(fā)展，并出現(xiàn)第一個(gè)平臺(tái)，對(duì)應(yīng)基坑第二道支撐的施工；隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，沉降繼續(xù)發(fā)展，隨著地下室底板的施工，管線(xiàn)沉降趨于穩(wěn)定。

(2)水平位移的發(fā)展總體與豎向位移同步，但第二道支撐施工后，水平位移不僅是不再繼續(xù)增大，反而減小。說(shuō)明第二道支撐起到很好的控制水平位移的作用。

(3)豎向沉降先于水平位移發(fā)生，二者發(fā)展規(guī)律一致，最終趨于穩(wěn)定。但豎向沉降的絕對(duì)值始終大于水平位移值，因此規(guī)范采用相同警戒值的控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)豎向沉降的控制是偏于保守的。

(4)距離基坑側(cè)壁垂直距離近的管線(xiàn)，位移軌跡為三次多項(xiàng)式曲線(xiàn)；而距離基坑側(cè)壁距離較遠(yuǎn)處的管線(xiàn)，位移軌跡呈直線(xiàn)向坑腳移動(dòng)。

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AnalysisontheDisplacementofSurroundingPipelineCausedbyDeepFoundationPitExcavation

/YOUYi,JIANGNan-ning

(Geotechnical Engineering Company of Jiangsu Province, Nanjing Jiangsu 210018, China)

To further understand the effect of deep foundation pit excavation on surrounding pipelines and determine the pipeline displacement track model, with the background of a deep foundation pit project of Nanjing, the analysis is made on the actual monitoring data of pipeline displacement. The design, construction and monitoring schemes of the foundation pit project are introduced; on this basis, according to the construction process, this paper analyzes the variation rules of vertical settlement and horizontal displacement of 4 surrounding pipelines and explores the relationship between them to reveal pipeline displacement track. By the analysis, it is concluded that the vertical settlement happened prior to the horizontal displacement in time domain, along with the development of foundation pit construction, vertical settlement and horizontal displacement developed synchronously; after the completion of the second support construction for foundation pit, the vertical settlement exhibits plateaus and the horizontal displacement reduced; after the construction of the basement floor, both the horizontal settlement and vertical displacement tend to be stable. The track of the pipeline displacement track vertically closer to the foundation pit side wall is a cubic polynomial curve and the pipeline displacement track far from the foundation pit side wall moves straightly toward the foot of the pit.

foundation pit excavation; foundation pit monitoring; pipeline; displacement track; normal excavation construction method

2017-06-30；

2017-09-10

尤弋，男，漢族，1986年生，碩士，從事基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)及滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治工程方面的工作，江蘇省南京市江寧區(qū)上元大街88號(hào)金王府52棟702，113154481@qq.com。

TU473

A

1672-7428(2017)11-0078-05