紹興地鐵軟土基坑變形規(guī)律的現(xiàn)場監(jiān)測分析

唐文周

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

土體作為一種松散地質(zhì)體，由于固體骨架、空隙、水的分布高度不均勻而呈現(xiàn)出物理力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性。由于土體位于淺地表且為松散體，易受到應(yīng)力歷史及后期人為改造的影響，最終導(dǎo)致土體工程性質(zhì)難以精細把握[1]。軟土性質(zhì)尤其復(fù)雜，不但取決于其形成地理環(huán)境和物質(zhì)組成，也與其存在狀態(tài)、擾動程度、工程類型密切相關(guān)。我國紹興地區(qū)在地質(zhì)歷史上處于錢塘江南岸、紹興平原西部，典型地貌包括丘陵、平原、濱海3個基本單元，由于區(qū)內(nèi)大小河流廣泛交錯、深淺湖泊星羅棋布而被稱為“水鄉(xiāng)澤國”[2]。這樣的地貌分布與水系發(fā)育特征造成紹興境內(nèi)軟土廣泛分布并具有多模態(tài)特征。軟土的模態(tài)特征是指軟土層的厚度及其與其他土層的相對層位關(guān)系。以往對軟土的研究多集中于其形成機理、沉積過程、物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)取值、勘察技術(shù)與措施等方面，針對紹興地區(qū)軟土工程性質(zhì)、特別是地鐵軟土基坑工程響應(yīng)方面研究較少[3]，這導(dǎo)致該地區(qū)深大基坑的加固措施及地表建筑物保護等方面經(jīng)驗參考較少。本文采用現(xiàn)場監(jiān)測方法，對紹興地鐵一號線高教園站基坑的變形特征及其影響因素進行研究，以探索該地區(qū)軟土基坑的變形規(guī)律，尤其是軟土存在對基坑變形的影響方式，服務(wù)于依托基坑的后期維護和后續(xù)該地區(qū)的深大基坑的建設(shè)。

1 基坑概況及監(jiān)測點位

依托基坑位于紹興市柯橋區(qū)興越路與站前大道交叉口，車站為地下兩層，采用明挖順作法。基坑深15.91～19.19 m，該基坑在紹興建設(shè)歷史上屬較大規(guī)?；?，長205 m、寬21 m。采用地下連續(xù)墻進行基坑的圍護，墻高36 m、壁厚0.8 m，深入基底標高以下18 m左右，開挖過程中為保證基坑邊坡安全，設(shè)5道內(nèi)支撐，自上而下包括1道混凝土支撐和4道鋼支撐?；拥貙咏Y(jié)構(gòu)及標準段支撐體系如圖1所示，地層結(jié)構(gòu)中的淤泥質(zhì)黏土即本文所述軟土，開挖地層自地表而下依次為碎石填土、素填土、軟土(淤泥質(zhì)黏土)、粉質(zhì)黏土及黏土等，表1列出了各土層的主要物理力學(xué)參數(shù)。

圖1 紹興地鐵1號線高教園區(qū)標準段基坑支護體系意

本文的監(jiān)測措施包括地下連續(xù)墻的測斜、冠梁的水平及數(shù)值位移監(jiān)測、基坑外圍地表沉降。測斜管采用預(yù)埋方式，即綁扎于鋼筋籠上并澆筑于墻體。采用全站儀監(jiān)測冠梁水平位移，采用電子水準儀監(jiān)測地表沉降，監(jiān)測點標識采用埋設(shè)

表1 紹興地鐵1號線高教園區(qū)站土體物理力學(xué)參數(shù)

標識物法。根據(jù)基坑邊界及緊鄰建筑物情況設(shè)計監(jiān)測點的布設(shè)，如圖2所示。

圖2中DBC表示基坑周邊地表沉降監(jiān)測斷面，如DBC1-1表示第一個監(jiān)測斷面的第一個監(jiān)測點。其中右線(基坑?xùn)|段)DBC3斷面的4個測點距基坑邊緣的距離分別為 2.4 m、7.2 m、14.4 m、24 m，基坑左線DBC22斷面的5個測點分別距基坑邊緣2.4 m、7.2 m、14.4 m 、24 m、36 m；地下連續(xù)墻位移測點，繞基坑布設(shè)，間距約20 m，如圖2中的ZQT標識點，共計24個。

圖2 依托工程基坑變形監(jiān)測點布置

2 監(jiān)測結(jié)果規(guī)律分析

由于紹興市深大基坑施工經(jīng)驗較少，本項目依據(jù)其他城市類似條件下的工程經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范要求，設(shè)定的地下連續(xù)墻和地表沉降的累計變形黃色、橙色、紅色預(yù)警值分別為±35 mm、±42.5 mm和±50 mm。

該基坑地下連續(xù)墻測斜結(jié)果見圖3。由圖可知，各曲線形狀相同，起點和末點接近于0變形，最大變形基本處于相同深度，這說明測斜結(jié)果的可靠性，也說明了該基坑地下連續(xù)墻的變形是協(xié)調(diào)的，無畸變斷面，這和現(xiàn)場實際情況相符。圖3曲線表明，地下連續(xù)墻各斷面的變形均自地表向下逐漸增大，在地下15 m左右達到極大值，后又逐漸減小。地下15 m左右深度恰好為基坑底部，亦即，地下連續(xù)墻在基底處變形量最大，符合懸臂支擋(圍護)結(jié)構(gòu)的受力和變形特點。這與邊坡(滑坡)的抗滑樁變形規(guī)律相同，說明基坑地下連續(xù)墻的設(shè)計可采用邊坡坡腳處設(shè)置的抗滑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算思想。這種變形規(guī)律也為基坑的支撐設(shè)置提供了依據(jù)，即可加強靠近基坑底部的一排支撐，以保證基坑的整體穩(wěn)定。圖中數(shù)據(jù)還表明，地下連續(xù)墻最大變形發(fā)生在ZQT3、ZQT9和ZQT19測點處，向基坑內(nèi)的位移分別達85 m、65 mm和75 mm,均達到紅色預(yù)警閾值，之后加強了支撐力度和地面監(jiān)測巡視強度，保證了基坑的安全施工。經(jīng)分析地質(zhì)勘察報告，ZQT3、ZQT9和ZQT19處軟土厚度明顯大于其他觀測點位處(如ZQT11、ZQT12等)，且ZQT3處軟土厚土大于ZQT19處，除了軟土層厚度，ZQT3、ZQT9和ZQT19的其余地層結(jié)構(gòu)與其他觀測斷面均類似?？梢娚鲜鰷y點變形差異形成的主要原因在于軟土層厚度的不同。這是軟土基坑應(yīng)引起重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖3 依托基坑工程圍護結(jié)構(gòu)各測點測斜累計位移曲線

基坑之外一定范圍內(nèi)的地表沉降曲線如圖4所示，其中圖4(a)、圖4(b)為地鐵右線及左線各監(jiān)測斷面處測點地表沉降與其距基坑邊緣距離的關(guān)系曲線。

圖4 基坑外圍地表各測點累計沉降曲線

對比圖4中左線和右線沉降曲線可知，左線一側(cè)的最大沉降量僅有DBC23斷面超過紅色預(yù)警值50 mm，達到了52 mm，其余斷面各測點沉降值均低于黃色預(yù)警值35 mm,最大僅29 mm；而右線一側(cè)DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7斷面最大沉降值超過紅色預(yù)警值，尤其是DBC3、DBC4 2處斷面的沉降值達到了73 mm?？梢?，基坑兩側(cè)地表沉降也有顯著差異，這也與線右軟土層厚度大于線左的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相吻合，進一步說明軟土層厚度對基坑變形的正相關(guān)影響。

圖4(a)表明，最大沉降發(fā)生的測點位置一般處于基坑邊緣之外10～20 m處，尤其是超過紅色預(yù)警的點位。綜合對比分析DBC3-7共5個斷面處沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)和地層結(jié)構(gòu)，除了軟土層厚度與沉降量正相關(guān)外，還有一個明顯的現(xiàn)象，即軟土層越后，最大沉降位置越靠近基坑邊緣。地鐵軟土基坑開挖過程中，應(yīng)加強基坑邊緣10～20 m的地表建筑物保護，并根據(jù)軟土層厚度進行詳細論證和計算。

具有高靈敏度的軟土隨開挖進行而圍壓降低，在此條件下，便會呈現(xiàn)出明顯的壓縮工程特性，表現(xiàn)為基坑邊坡的外鼓和基坑外圍地表的沉降?？蓧嚎s層的厚度越大，上述卸圍壓導(dǎo)致土體壓縮的效應(yīng)就會越明顯?？梢?，在軟土發(fā)育的城市進行地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施的勘察設(shè)計時，應(yīng)高度重視軟土的分布及其對建筑物的影響，做好針對軟土分布的精細化勘察，查明其厚度分布特征。

3 結(jié)論

(1)軟土基坑地下連續(xù)墻變形特性與懸臂類邊坡加固類似，應(yīng)加強基底附近地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)強度及附近的基坑支撐強度。

(2)在依托基坑的圍護和內(nèi)支撐條件下，紹興地區(qū)軟土深大基坑的最不利沉降范圍距基坑開挖面10～20 m，統(tǒng)計最大沉降處位于距基坑邊緣15 m處，應(yīng)加強該范圍內(nèi)地表建筑的變形觀測和保護措施。

(3)軟土基坑中的軟土層厚度與基坑變形正相關(guān)，應(yīng)加強軟土層分布特征的精細化工程地質(zhì)勘察。