軟黏土地區(qū)深基坑開挖對周邊環(huán)境的影響實測分析

喻春華

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

21世紀以來，在用地愈發(fā)緊張的城市中心進行地下空間的開發(fā)和利用已成為一種必然，而地下空間的建設都不可避免地遇到深基坑工程[1-2]。與此同時，由此引發(fā)的環(huán)境效應問題也在日益增多，尤其對于軟黏土地區(qū)的深基坑而言，由于軟黏土低強度、高觸變性、高壓縮性、低滲透性和結(jié)構(gòu)性等工程特性，開挖過程中極易造成周圍地表的沉陷，造成鄰近建筑墻體的開裂、傾斜及周邊道路以及地下管線的開裂等，影響到人們的正常學習和生活，嚴重時甚至會影響到居民的人身安全[3-4]。因此，地下空間的開發(fā)過程中，有必要就軟黏土中深基坑開挖對周邊環(huán)境的影響進行研究。

本文以上海典型軟黏土地區(qū)某深基坑開挖為例，詳細監(jiān)測了施工過程中的地表、圍護結(jié)構(gòu)及鄰近建（構(gòu)）筑物等變形特性，并基于實測結(jié)果提出了軟黏土地區(qū)深基坑開挖施工過程中變形控制措施。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

本工程場地東至共和新路，西至東方明珠公寓，南至大寧路，北至上海馬戲城。場地內(nèi)建設2棟99.9 m高辦公塔樓T1、T2和7層高40 m商業(yè)裙房，總建筑面積346 733 m2，其中，地上建筑面積177 512 m2，地下建筑面積169 221 m2。

基坑位于鬧市區(qū)，周邊環(huán)境復雜，面積約4.22萬 m2，開挖深度主要為23.9～24.6 m。東側(cè)鄰近軌道交通1號線運營區(qū)間隧道，設2層地下室，隧道結(jié)構(gòu)外邊線距離本項目基坑地下連續(xù)墻邊僅7.5 m；其余區(qū)域為4層地下室，西側(cè)及南側(cè)有大量多層居民樓，大多建造年代較久，采用淺基礎(chǔ)磚混結(jié)構(gòu)，樓板多采用預制多孔板，結(jié)構(gòu)構(gòu)造薄弱，整體性差，居民樓與本項目基坑最小距離10 m，基坑平面布置如圖1所示。整體而言，基坑開挖平面尺寸大、深度深，平面性狀不規(guī)則且鄰近周邊建（構(gòu)）筑物，施工難度大。

圖1 基坑平面布置及主要監(jiān)測點布置

1.2 工程地質(zhì)條件

場地屬濱海平原型正常沉積區(qū)，受沉積環(huán)境影響，地表下30.0 m深度段地基土層分布基本穩(wěn)定，30.0～75.0 m深度段地基土層變化較大；場地地下水類型有淺部土層中的潛水和深部土層（第⑦層、第⑨層）中的承壓水，本工程第一承壓含水層頂板埋深最淺為29.10 m（相應標高－25.75 m），第一承壓水位埋深為2.90 m左右（相應標高0.66 m左右）；第二承壓含水層頂板埋深最淺為53.20 m（相應標高－50.42 m），第二承壓水位埋深為7.80 m左右（相應標高－4.64 m左右）。

2 基坑支護方案及施工工況

2.1 基坑支護方案

本基坑工程總體分12個區(qū)明挖順作施工，如圖1所示，分別為1區(qū)、2-1區(qū)、2-2區(qū)、3-1區(qū)、3-2區(qū)、4-1區(qū)、4-2區(qū)、4-3區(qū)、5區(qū)、6區(qū)、7區(qū)、8區(qū)。其中，1區(qū)—4-3區(qū)為地下4層結(jié)構(gòu)。地下4層外圍采用厚1.2 m地下連續(xù)墻作為地下室永久結(jié)構(gòu)的一部分，深度49.6～54.6 m；地下4層各分區(qū)交界處臨時隔斷采用厚1 m地下連續(xù)墻，深度46.6～49.6 m；5區(qū)—8區(qū)為地下2層結(jié)構(gòu)，外圍采用深28 m地下連續(xù)墻，部分地下連續(xù)墻區(qū)域采用三軸攪拌樁進行槽壁加固，各分區(qū)支撐形式如表1所示。

表1 各分區(qū)支撐形式

2.2 施工工況

針對該基坑工程的特殊地理位置條件，為減小超深基坑開挖變形及降承壓水產(chǎn)生的地面沉降，保護鄰近地鐵及周邊設施，基坑設為12個分區(qū)，采用明挖順作分區(qū)開挖，開挖順序安排如下：先開挖1區(qū)；待1區(qū)底板澆筑并達到強度要求后，開挖2-1區(qū)和2-2區(qū)；待1區(qū)出±0 m，且2-1區(qū)和2-2區(qū)底板澆筑并達到強度要求后，開挖3-1區(qū)和3-2區(qū)；待2-2區(qū)出±0 m，且3-1區(qū)和3-2區(qū)底板澆筑并達到強度要求后，開挖4-1區(qū)和4-2區(qū)；待4-2區(qū)底板澆筑并達到強度要求后，開挖4-3區(qū)；待2-1區(qū)出±0 m后，開挖5區(qū)；待3-1區(qū)出±0 m，且5區(qū)底板澆筑并達到強度要求后，開挖6區(qū)；待3-1區(qū)及4-1區(qū)出±0 m，且6區(qū)底板澆筑并達到強度要求后，開挖7區(qū)；待4-1區(qū)出±0 m，且7區(qū)底板澆筑并達到強度要求后，開挖8區(qū)。

3 監(jiān)測內(nèi)容

為研究軟黏土地區(qū)深基坑開挖對周邊環(huán)境的影響情況，紅線范圍內(nèi)外均設置了多個監(jiān)測項目，用于監(jiān)測基坑施工過程中水位變化、支護結(jié)構(gòu)及周邊建（構(gòu)）筑物的變形特性等。本工程設有4層地下室（近地鐵側(cè)為地下2層），因項目東鄰軌道交通1號線，西側(cè)、南側(cè)均為淺基礎(chǔ)住宅，針對以上特殊保護要求，基坑分區(qū)及監(jiān)測點分布如圖1所示，具體包括圍護墻體及坑外土體深層水平位移、坑外地表沉降、周邊建（構(gòu)）筑物沉降以及坑內(nèi)外水位變化等監(jiān)測內(nèi)容。

4 監(jiān)測結(jié)果分析

4.1 圍護體深層側(cè)向位移監(jiān)測

圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向位移是引起周圍建筑物、道路、地下管線等變形的主要原因之一，通過對圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測，可以掌握圍護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與安全，墻體深層側(cè)向位移也反映了墻身的受力情況，故該項監(jiān)測于墻體自身也是必需的[5]。整個基坑施工過程中，監(jiān)測設備采用國產(chǎn)CX-3型土體測斜儀，共布設122個圍護體測斜點，編號CX1—CX122，孔深28～47 m，如圖1所示。其中，4-2區(qū)離東方明珠公寓最近，累積變形量最大，開挖期間墻體測斜水平位移累積最大變化點為CX88，各層土方開挖時深層水平位移變化情況如圖2所示。

從圖2可以看出：隨著開挖深度的增加，土體水平位移逐漸增大，且各階段曲線變化規(guī)律近似呈“弓形”，各曲線水平位移最大值位置逐漸下降，且在底板完成后的－24 m位置，累積變化位移量達最大值44.7 mm。4-2區(qū)開挖期間，旁邊4-3區(qū)正在開挖施工，由于底板的澆筑時間較長，從第7層土方開挖到大底板完成，圍護體側(cè)向位移在該時段內(nèi)最大增長了23.3 mm，說明上海軟土的流變性質(zhì)對基坑變形的發(fā)展影響很大，應盡可能地減少基坑無支撐暴露時間。

4.2 坑外地表沉降

由于坑內(nèi)卸載、圍護變形、圍護滲漏水、水位變化、坑底隆起等因素均可能導致坑外地表沉降，為反映基坑施工對坑外地表變形的影響程度，在基坑四周設置10組地表沉降監(jiān)測斷面，編號M1—M10，每組布設12個測點，測點間距為5 m，如圖1所示。

結(jié)合各監(jiān)測斷面沉降量數(shù)據(jù)，其中M6斷面在4-1區(qū)開挖期間沉降量最大。圖3為4-1區(qū)開挖期間，監(jiān)測斷面M6各個監(jiān)測點地表累積沉降情況，從圖中可以看出，各監(jiān)測點沉降量隨著開挖深度的增大而增大，最大沉降量為大底板澆筑完成后，距基坑邊緣距離30 m，約1.25倍的基坑開挖深度位置，下沉32.9 mm；且沉降量隨著距基坑距離的增加先由小變大，再由大變小，地表沉降影響范圍可達基坑邊緣60 m，約2.5倍的基坑開挖深度。

4.3 開挖過程水位變化

隨著基坑土方的開挖及坑內(nèi)水位的降低，基坑外水位也隨之受到影響。為研究基坑開挖過程中坑外水位變化特性及對周邊環(huán)境的影響，在基坑內(nèi)采取降水措施的同時，在坑外布設66個地下潛水位監(jiān)測點，孔深28 m，編號W1—W66；20個地下承壓水水位監(jiān)測點，孔深66 m，編號CW1—CW20，孔徑均為650 mm，井管過濾器內(nèi)層為圓孔過濾器，外包40目（孔徑375 μm）濾網(wǎng)，點位布置如圖1所示。其中，4-2區(qū)土方開挖過程中，坑外監(jiān)測點水位隨時間變化曲線如圖4所示，從圖4中可以看出：由于潛水位受降雨等影響較大，潛水位在基坑開挖區(qū)間變化較大，而地下連續(xù)墻與攪拌樁有很好的隔水作用，承壓水位相對變化較小。

圖4 坑外水位變化曲線

4.4 周邊居民樓沉降觀測

對基坑周邊居民樓進行沉降觀測，結(jié)合現(xiàn)場房屋裂縫產(chǎn)生情況，能直觀反映基坑開挖對周邊建筑物的影響情況，場地西側(cè)、南側(cè)鄰近東方明珠公寓住宅小區(qū)，該小區(qū)建造年代久遠，為淺基礎(chǔ)住宅，基坑開挖過程中，易造成房屋沉降。整個基坑開挖施工過程中，設置建筑垂直位移監(jiān)測點共計106點，編號F1—F106，如圖1所示。其中，505弄16號樓鄰近基坑，下降最明顯，該棟居民樓各監(jiān)測點沉降情況如圖5所示，其中，F(xiàn)39監(jiān)測點累積下沉231.7 mm，從各房屋與基坑距離，結(jié)合各房屋監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出，周邊房屋沉降會隨深基坑開挖深度逐漸增大，累積沉降量也在不斷增大，且離基坑越近的監(jiān)測點位，其沉降速率越大，累積沉降量也越大。

圖5 505弄16號樓沉降觀測情況

5 結(jié)語

通過對上海某深基坑項目進行監(jiān)測分析，分析了基坑開挖對周邊建（構(gòu)）筑物、周邊土體及水位等的影響規(guī)律，得到以下結(jié)論，并提出相應控制措施：

1）圍護體及土體的最大位移隨著開挖深度的增大而增大，最大位移點隨著開挖深度逐步下移，曲線變化規(guī)律近似呈“弓形”，開挖對圍護體及土體的影響深度約為1.4倍開挖深度，且無支撐暴露時間越長，位移變化量越大，應及時完成大底板的澆搗。

2）周邊建筑物沉降隨開挖深度的增大而增大，距基坑越近，沉降速率越大，且無支撐暴露時間越長，房屋下降越明顯。開挖過程中應及時觀察周邊房屋裂縫產(chǎn)生情況，支撐拆除完成后及時完成結(jié)構(gòu)施工，優(yōu)化施工工序，減少無支撐暴露時間，并加強與周邊居委的溝通，進行必要的撫慰工作。

3）水位觀測過程中，應結(jié)合現(xiàn)場巡視地下連續(xù)墻漏水情況，發(fā)現(xiàn)水位變化較快時，應加強地下連續(xù)墻滲漏情況的巡視工作，發(fā)現(xiàn)滲漏點時及時采取堵漏措施，以防滲漏引起的坑外水位變化造成周邊建（構(gòu)）筑物的不均勻沉降。