深基坑設(shè)計(jì)理論與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析研究

王爽

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

在現(xiàn)代化城市的建設(shè)中，基坑應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)于深基坑來(lái)說(shuō)更無(wú)放坡開(kāi)挖條件，因此對(duì)于空間有限的基坑更多的是采用先圍護(hù)后開(kāi)挖[1,2]?；釉O(shè)計(jì)時(shí)主要采用理論計(jì)算與數(shù)值模擬[3]，而計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證，因此在基坑開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要[4-6]，本文所述的工程基坑設(shè)計(jì)采用同濟(jì)啟明星進(jìn)行單元計(jì)算，在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)樁頂水平位移、周邊地表沉降、支撐軸力，與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證軟件計(jì)算的準(zhǔn)確性，為以后基坑設(shè)計(jì)提供理論技術(shù)支撐，確?；影踩?/p>

1 工程概況

取水泵站基坑工程位于上海市青浦區(qū)太浦河北岸，南側(cè)為太浦河大堤，東側(cè)為現(xiàn)有取水閘，基坑深10.80 m，為保障取水閘及周邊建筑物的安全，擬在取水泵站開(kāi)挖時(shí)采取基坑圍護(hù)措施。

1.1 地基土構(gòu)成與特征

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)土層從上至下依次為：

①2層素填土：灰黃～灰色，由粘性土組成，大部分為原取水閘施工回填土，偶夾碎石、磚塊，表層多含植物根莖，局部為灰色粘性土或淤泥質(zhì)土，回填時(shí)間約4年，尚未完成自重固結(jié)，濕～很濕，松散，高等壓縮性，土質(zhì)較均勻。

⑥1層粉質(zhì)粘土：暗綠～草黃色，少量呈灰黃色，含氧化鐵條紋和鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部夾粉土團(tuán)塊，濕，可塑～硬塑，中等壓縮性，土質(zhì)較均勻。

⑥3層粉質(zhì)粘土：灰色，含云母和有機(jī)質(zhì)，夾粉土薄層，局部粉性較重，很濕，可塑～軟塑，中等偏高壓縮性，土質(zhì)較均勻。

1.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地主要地下水類(lèi)型為淺部土層中的潛水，主要受大氣降水及地表水補(bǔ)給，通過(guò)蒸發(fā)或向河湖滲流排泄，潛水水位埋深隨季節(jié)、氣候和地形等因素而有所變化，此次勘察期間，陸域鉆孔內(nèi)測(cè)得的潛水穩(wěn)定水位埋深為0.68～3.74 m，潛水對(duì)該工程基坑開(kāi)挖、施工影響較大，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕?、排水措施?/p>

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

泵房段基坑圍護(hù)型式采用C30鉆孔灌注樁+兩道混凝土對(duì)撐結(jié)構(gòu)，止水帷幕采用單排三軸水泥攪拌樁，鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)23.00 m、樁徑800 mm、樁距1 000 mm。為提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，并為支撐體系提供支撐反力，擬在圍護(hù)灌注樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，冠梁尺寸為1.20 m（寬）×0.80 m（高）；兩道支撐截面均寬800 mm、高600 mm，第一道支撐中心標(biāo)高均為-0.90 m（地面高程為零高程，下同），第二道支撐中心標(biāo)高均為-6.80 m。

3 理論計(jì)算數(shù)據(jù)分析

3.1 樁體變形內(nèi)力分析

泵站基坑開(kāi)挖涉及的工況：工況一為第一道混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，準(zhǔn)備往下開(kāi)挖；工況二為第二道混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，準(zhǔn)備繼續(xù)往下開(kāi)挖；工況三為基坑開(kāi)挖至坑底；工況四為第二道支撐已拆除；工況五為第一道支撐已拆除。

整個(gè)施工過(guò)程的樁體內(nèi)力變形最大工況結(jié)果包絡(luò)圖見(jiàn)圖1。

圖1 樁體內(nèi)力變形包絡(luò)圖

由圖1可知：基坑開(kāi)挖過(guò)程中樁體最大水平位移為25.60 mm，根據(jù)《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，樁體允許最大水平位移為32.40 mm，滿(mǎn)足要求；樁體彎矩與剪力從上至下呈S型分布，在拆除第一道支撐后達(dá)到最大。

3.2 地表沉降分析

基坑開(kāi)挖過(guò)程中地表沉降最大工況為已拆除第一道支撐，如圖2所示，可知：在距離基坑8.50 m位置處，地表沉降達(dá)到最大值26.80 mm，根據(jù)《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，地表沉降允許值為27.00 mm，在允許范圍內(nèi)，滿(mǎn)足要求。

圖2 基坑周邊地表沉降

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 樁體水平位移分析

為保證基坑安全，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中選擇代表性樁體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握樁體變位情況，分析樁體變形規(guī)律與特征。圖3為基坑開(kāi)挖過(guò)程中監(jiān)測(cè)的不同施工工況下的樁體水平位移圖。

圖3 樁體水平位移

由圖3可知：同一工況下，隨著樁體入土深度的增加，樁體位移先增大后減小，在樁底逐漸趨于零；不同工況下，隨著基坑開(kāi)挖深度的增大，樁體最大水平位移增大，且隨著基坑深度增大而下移；在基坑約10.00 m位置處，樁體位移達(dá)到最大，最大水平位移為19.49 mm。

4.2 地表沉降分析

選擇基坑邊緣25.00 m范圍內(nèi)進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4，縱坐標(biāo)正值表示沉降，負(fù)值表示隆起。

圖4 基坑周邊地表沉降

由圖4可知：在基坑開(kāi)挖初期，地表出現(xiàn)了隆起，地表沉降不穩(wěn)定，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，地表沉降逐漸趨于穩(wěn)定；隨著基坑開(kāi)挖深度的增大，地表最大沉降值逐漸增大，但拆撐工況更為危險(xiǎn)，地表沉降最大值發(fā)生在拆除第一道支撐工況，最大值為14.95 mm，因此，等到水工結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度再考慮拆撐就顯得尤為重要；實(shí)測(cè)最大值小于理論計(jì)算值26.80 m，滿(mǎn)足規(guī)范要求，同時(shí)可以看出，利用理論計(jì)算來(lái)分析基坑開(kāi)挖施工時(shí)對(duì)周邊建筑物的影響更為保守；地表沉降最大值大致不發(fā)生在基坑邊緣，這是由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，最大值約在基坑邊緣8.00 m位置，與理論計(jì)算值位置相近；在基坑邊緣30.00 m位置時(shí)，地表沉降逐漸減小有趨于零的趨勢(shì)，因此，基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物的影響距離約為3倍的基坑深度。

4.3 支撐軸力分析

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，兩道混凝土支撐的軸力如圖5所示。

圖5 支撐軸力圖

由圖5可知：隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，支撐軸力逐漸增大，當(dāng)基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)，兩道支撐的軸力均達(dá)到最大，第一道支撐軸力最大值為1 133 kN，設(shè)計(jì)報(bào)警值為1 432 kN，第二道支撐軸力最大值為1 983 kN，設(shè)計(jì)報(bào)警值為2 384 kN，第二道支撐的軸力大于第一道支撐軸力，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)可考慮增大第二道支撐的截面面積，確保基坑安全。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)金澤水庫(kù)新增取水泵站泵房段基坑采用了鉆孔灌注樁+兩道混凝土支撐圍護(hù)的結(jié)構(gòu)型式，在基坑設(shè)計(jì)過(guò)程中借助同濟(jì)啟明星軟件進(jìn)行了理論計(jì)算，分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特性，在基坑開(kāi)挖整個(gè)過(guò)程中進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將理論計(jì)算與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明：隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，樁體水平位移、基坑周邊地表沉降、支撐軸力均表現(xiàn)出非線性增長(zhǎng)，但均在允許范圍內(nèi)，滿(mǎn)足規(guī)范要求?；娱_(kāi)挖至坑底時(shí)，兩道支撐軸力均達(dá)到最大值，且第二道支撐的軸力大于第一道支撐軸力，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)可考慮增大第二道支撐的截面面積，確?；影踩２鸪谝坏乐螘r(shí)，樁體水平位移及基坑周邊地表沉降達(dá)到最大值，因此，等到水工結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度再考慮拆撐就顯得尤為重要；理論計(jì)算結(jié)果較監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏大，因此，在基坑設(shè)計(jì)時(shí)，采用理論計(jì)算方法確保基坑穩(wěn)定更為保守。