周邊環(huán)境復(fù)雜的深基坑工程支護設(shè)計和位移監(jiān)測

胡 琦 張 逸 方華建 黃天明 王 濤 朱海娣

1.浙江工業(yè)大學 浙江 杭州 310012；2.東通巖土科技股份有限公司 浙江 杭州 310020

目前，在城市繁華地帶進行的深基坑工程作業(yè)越來越多，而這些工程都面臨著周邊環(huán)境復(fù)雜的難題，由于基坑開挖導(dǎo)致的相鄰建筑物開裂、管道破裂、地下工程受損以及路面塌陷等問題屢見不鮮。針對上述情況，有部分學者進行了相關(guān)研究。孫鍇等[1]對泥炭土環(huán)境下的深基坑設(shè)計和位移監(jiān)測進行了研究，分析了泥炭土深基坑施工工程中的變形規(guī)律，并評估其對周邊環(huán)境的影響。馬健[2]通過分析采用了信息化施工技術(shù)的某深基坑工程的監(jiān)測數(shù)據(jù)，論證了超大深基坑工程支護設(shè)計的安全性。徐凱等[3]以南京某擴建工程的深基坑工程為例，通過對施工過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行歸納和分析，探討了樁體側(cè)向位移及軸力等相關(guān)曲線的變化規(guī)律，驗證了該深基坑工程的安全性。徐洪泉等[4]基于現(xiàn)有研究成果，對深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)進行比對研究，利用Matlab軟件編寫了方案優(yōu)化程序。周邊環(huán)境復(fù)雜的深基坑工程的支護設(shè)計研究已經(jīng)成為一個熱點問題，并且對實際工程具有較強的指導(dǎo)意義[5]，但這種城市繁華地帶有特點的深基坑工程的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析研究還不夠多，因此，筆者結(jié)合杭州地區(qū)某深基坑工程實例，先介紹了該工程的支護設(shè)計，然后在此基礎(chǔ)上結(jié)合深基坑的現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，分析了深基坑施工的基坑變形規(guī)律，并評估其對周邊環(huán)境的影響。

1 工程概況

1.1 工程簡介

背景項目位于杭州市西湖區(qū)翠苑單元，具體位于古蕩灣河西側(cè)、萬塘路和翠苑農(nóng)貿(mào)市場東側(cè)、文一西路南側(cè)、翠苑四區(qū)東和翠苑公園北側(cè)。項目總用地面積8 269.29 m2，總建筑面積50 485.23 m2，其中地上建筑面積27 773.23 m2，地下建筑面積22 712 m2。擬建建筑包括2幢15層辦公/商住樓，高度70 m，主樓采用混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)或鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。基坑長95.70 m，寬78.00 m，深14.05 m，基坑圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁加3道鋼筋混凝土支撐，土方開挖分4個區(qū)進行（圖1）。

1.2 工程水文地質(zhì)條件

1.2.1 地形地貌及環(huán)境條件

圖1 施工現(xiàn)場總平面布置

場地地貌為錢塘江三角洲湖沼積平原。絕對高程為3.50～4.00 m，征用前主要用作停車場。場地中部東側(cè)原為翠苑污水廠，污水廠已經(jīng)部分拆除，根據(jù)調(diào)查，地下構(gòu)筑物尚未遷除，埋深大于10 m。場地東側(cè)距古蕩灣河約12 m，北側(cè)距文一路約30 m，西側(cè)與現(xiàn)狀2層建筑物直接相鄰（根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，后期應(yīng)該拆除），南側(cè)距翠苑四區(qū)東3幢7層住宅不足8 m。

1.2.2 水文條件

本場地地下水主要為第四系孔隙潛水。潛水含水層為地表下1.0 m左右，場地水文地質(zhì)條件較為穩(wěn)定，與周邊地表水及河流水系聯(lián)系密切。潛水埋藏豐水期較淺，在鉆孔內(nèi)測得其埋深在地表下0.9～4.1 m，相當于國家高程的1.15～2.86 m，該層潛水主要受大氣降水和河流補給，地下水位隨季節(jié)性變化較大，根據(jù)附近水文資料，豐水期地下水接近地表。

1.2.3 不良地質(zhì)作用

場地下分布有較深厚的淤泥及淤泥質(zhì)土，易產(chǎn)生壓縮固結(jié)，后期如有較大堆載和大面積降水，易形成一定范圍的地面沉降和較大基坑變形，應(yīng)引起重視。

另外，場區(qū)在勘探孔位置處未見地下氣，但根據(jù)區(qū)域資料和地層結(jié)構(gòu)，具有存在地下氣的可能性，后期應(yīng)適當注意。

1.2.4 特殊性土

1）人工填土。場地表層主要分布有人工填土，厚度較大，性質(zhì)有雜填土、混凝土構(gòu)筑物等，場地上部有較深厚的填土層，應(yīng)注意其變形量、滲透性較大等問題。

2）軟土。主要分布在地表硬殼層以下，具有高含水量、高壓縮性的特點，在工程樁施工過程中，易產(chǎn)生縮孔，后期堆載或開挖易造成變形較大的問題。

3）其他。場地上部局部分布有飽和粉土，在大型機械施工振動的情況下，易產(chǎn)生振動液化，在水頭壓力差下易產(chǎn)生管涌等現(xiàn)象，施工時應(yīng)引起重視。

2 基坑支護設(shè)計

經(jīng)過對本項目的地質(zhì)地層、地下水位以及工程造價等因素的分析，并考慮到周邊環(huán)境復(fù)雜，緊鄰居民住宅區(qū)，因此，本工程基坑圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁加3道鋼筋混凝土支撐的圍護方案，坑內(nèi)高差采用重力式水泥土擋墻處理。設(shè)計參數(shù)為：出土口考慮地面均布荷載40 kPa，其他位置考慮地面均布荷載20 kPa，南側(cè)現(xiàn)有建筑物區(qū)域?qū)⑵淇紤]為增加局部荷載100 kPa。本基坑側(cè)壁安全等級為一級，重要性系數(shù)為1.1。

此外，根據(jù)此項目的水文地質(zhì)特征，基坑降排水采用明排降水，坑內(nèi)和坑周設(shè)置排水溝。其中，為避免水浸泡軟化土體，及時排放地下水，利于基坑內(nèi)的支護及土方作業(yè)施工，擬在基坑內(nèi)設(shè)排水溝。考慮基坑開挖面積較大，排水溝除沿坑壁設(shè)置外，坑內(nèi)亦設(shè)置，以保證基底干燥。根據(jù)現(xiàn)場具體情況，在適當位置修筑沉淀池，基坑內(nèi)抽排出的地下水經(jīng)沉淀池沉淀后，排入市政排污管道?？觾?nèi)排水溝位于基坑壁底部，尺寸300 mm×300 mm，基坑開挖至底部時進行修筑。排水溝按0.3%坡度向降水井傾斜。

3 基坑現(xiàn)場監(jiān)測及變形分析

3.1 監(jiān)測方案

1）深層土體水平位移監(jiān)測點，共12個，位于監(jiān)測位置樁底標高以下2.0 m。預(yù)警值為：3-3剖面（毗鄰翠苑四區(qū)集中居民區(qū)，對變形控制要求較高，圖2）處位移連續(xù)3 d超過3 mm/d，累計位移值超過30 mm；其他位置連續(xù)3 d超過3 mm/d，累計位移值超過50 mm。

圖2 基坑支護結(jié)構(gòu)3-3剖面

2）地表沉降觀測點，共12個。預(yù)警值為：3-3剖面處連續(xù)3 d超過3 mm/d，累計沉降量超過30 mm；其他位置位移連續(xù)3 d超過3 mm/d，累計沉降量超過50 mm。

3）立柱沉降監(jiān)測點，共9個。預(yù)警值為立柱沉降累計值超過35 mm。

4）周邊建筑沉降監(jiān)測點，共25個。預(yù)警值為累計最大位移達20 mm。

3.2 深層土體水平位移

提取3-3剖面中CX8觀測點在整個施工階段的土體深層水平位移數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 CX8各時間段土體深層位移

由圖3能夠看出，基坑深層土體的累計水平位移隨著基坑開挖深度的不斷增加而逐漸增大。當開挖結(jié)束時，土體的最大水平位移發(fā)生在地下深度7 m處，其值為20.40 mm，小于3-3剖面的土體水平位移控制值30 mm。圖3中深層土體水平位移在2019年1月24日之前一直增長較快，在這之后位移增長有所放緩，說明隨著基坑不斷向下開挖出土，土體的水平位移量一直在不斷增長，到第3道鋼筋混凝土支撐全部澆筑完成，基坑也開挖到底之后，深層土體的水平位移得到良好控制，因而此階段深層土體水平位移的增長速率減小。

3.3 地表沉降

提取3-3剖面中一個觀測點在整個施工階段的地表沉降數(shù)據(jù)，沉降值與觀測日期的關(guān)系如圖4所示。

由圖4可以看出，地表沉降變形曲線呈現(xiàn)先慢后快的特點，特別是在基坑第2道支撐以下繼續(xù)開挖的過程中，地表沉降變形急劇增大，直至開挖到坑底，地表沉降才慢慢趨于穩(wěn)定。地表沉降最大累計值為7 mm，遠小于地表沉降控制值30 mm，說明3-3剖面的支護方案是可靠的。

3.4 立柱沉降

提取LZC2、LZC8、LZC11這3個位置較為重要的立柱沉降觀測點的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，如圖5所示。

通過圖5可以看出，不同位置的立柱沉降均受基坑開挖進度的影響，在第1道支撐以下繼續(xù)開挖和第2道支撐以下繼續(xù)開挖的過程中，立柱的沉降均有加速增大的過程，直至開挖到坑底才趨于穩(wěn)定。立柱的沉降規(guī)律與基坑開挖深度的關(guān)系更緊密，主要是由于立柱樁都屬于摩擦樁，隨著基坑的不斷開挖，立柱樁上部樁側(cè)摩擦阻力不斷減小。其中，LZC2、LZC8、LZC11這3個位置的立柱最大累計沉降分別為－10.10、－8.13、－7.40 mm，都遠小于立柱沉降累計的最大控制值（35 mm），說明立柱沉降都在安全可控范圍之內(nèi)。

3.5 周邊建筑沉降

周邊建筑25個沉降監(jiān)測點的最大累計沉降均在4.5 mm左右，遠小于報警值的20 mm，說明此基坑工程對周邊建筑的影響很小，保證了處在城市中心鬧市區(qū)周圍居民的正常生產(chǎn)生活不受影響。

4 結(jié)語

1）基坑深層土體的累計水平位移隨著基坑開挖深度的不斷增加而逐漸增大，基坑開挖到底后，深層土體的水平位移才得到了良好控制，位移趨于穩(wěn)定。在這一過程中，出現(xiàn)的最大土體水平位移為20.4 mm。

2）地表沉降變形曲線呈現(xiàn)先慢后快的特點，地表沉降最大累計值為7 mm，遠小于地表沉降控制值30 mm，說明3-3剖面的支護方案是可靠的。

3）不同位置的立柱沉降均受基坑開挖進度的影響，在第1道支撐以下繼續(xù)開挖和第2道支撐以下繼續(xù)開挖的過程中，立柱的沉降均有加速增大的過程，直至開挖到坑底才趨于穩(wěn)定，最大的沉降值均遠小于立柱沉降的控制值，說明此深基坑工程立柱安全可靠。

4）在城市中心鬧市區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的施工，最擔心的就是對周邊建筑物造成破壞，影響人民群眾的生產(chǎn)生活，此深基坑工程周邊建筑物的25個沉降監(jiān)測點最大累計沉降值均在4.5 mm左右，遠小于控制值的20 mm，所以不會對周圍建筑物造成影響。