基坑開挖引起土體變形及管線沉降實測分析

何曉東

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001）

隨著我國城市化進程的推進，城市用地日益緊張，基坑朝著更大、更深、更密的方向發(fā)展，而基坑開挖不可避免的會引起地表和周邊建筑沉降。而在高水位、砂土、粉土地區(qū)，由于土體強度較弱，且可能存在不明流水通道，在基坑開挖過程中容易發(fā)生管涌、土體嚴重偏移、圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等工程災害，若得不到有效的控制，很可能會造成工程事故。

雖然很多學者對基坑開挖引起的地表沉降進行了相關的研究，但主要是針對軟土、黃土、黏土以及復合地層進行研究，對于高水位、砂土、粉土地層的研究較少。文章依托杭州地鐵9號線一期工程四堡停車場基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)，對基坑開挖引起的地表沉降、建筑物沉降、土層深層水平位移的變性特點進行分析，為類似的工程提供參考。

1 工程概況

四堡停車場基坑分為兩期施工，其中運用庫基坑、咽喉區(qū)及區(qū)間風井1-3 軸～2-13軸基坑為一期施工，基坑開挖深度12.334~15.374 m，無地上結(jié)構(gòu)。綜合考慮基坑深度、周邊環(huán)境及場地特性，基坑采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)體系，標準段地下連續(xù)墻長度為27.8 m，局部深坑段地下連續(xù)墻長度為30.8 m。墻底位于礫中砂、中砂層，采用工字鋼接頭。地下連續(xù)墻的入土深度根據(jù)基坑的開挖深度，結(jié)合場地的地質(zhì)條件，按坑底抗隆起，墻底抗隆起，抗?jié)B流，抗管涌和整體穩(wěn)定性等要求進行驗算，最終確定標準段地下連續(xù)墻插入比約為1.300；盾構(gòu)井和電纜夾層地下連續(xù)墻插入比約為1.225。基坑開挖在加固土體達到設計強度、冠梁支撐施工完成并達到設計強度的85%（棧橋板位置需達到100%）之后開始開挖，開挖前需提前降水，并降至開挖面以下1 m后。1-4 軸~1-11 軸采用一道混凝土支撐+兩道鋼支撐（其余部分均采用三道砼支撐）?；又苓叚h(huán)境示意圖見圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意圖

1.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

本工程位于杭州市江干區(qū)，根據(jù)勘察報告地層自上而下依次為素填土、砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土夾粉砂、砂質(zhì)粉土、粉砂、砂質(zhì)粉土、含砂粉質(zhì)黏土、含礫中砂、中砂，具體物理力學指標如表1所示。場地附近現(xiàn)狀河道主要為引水河，距離本場地約450 m，本場區(qū)潛水的地下水位埋深為1.10~4.60 m。承壓水主要分布于⑨3層含礫中砂、?2層中砂、?4層圓礫及?3層圓礫層中，承壓水水位埋深為9.10~10.58 m，基坑開挖過程中存在坑底突涌的可能性。

表1 地層物理力學性質(zhì)表

1.2 監(jiān)測方案

圖2給出了監(jiān)測點分布情況，對斷面1~17設置4~5個測點監(jiān)測地表沉降，測點距離分別為2.5 m、5 m、7.5 m、7.5 m、7.5 m，采用測斜管監(jiān)測上述斷面的坑外土體位移；TST為深層土體位移監(jiān)測點，DX和DL分別為通信和電力監(jiān)測點，為便于識別，圖2僅給出了距離基坑較近的幾個典型管線監(jiān)測點。

圖2 測點分布圖

2 監(jiān)測結(jié)果

文章主要對地表沉降、深層土體位移、管線沉降進行分析。為了全面分析地表位移，選取基坑周圍四個邊處的監(jiān)測斷面，即斷面1、4、8、9進行分析；取TST1、TST2、TST13、TST14幾個監(jiān)測點分析深層土體水平位移，選取DX3、DX5、DX7、DL5分析管線沉降。

2.1 地表沉降

基坑施工過程中，地連墻周圍的土體沉降如圖3所示，由圖可知，隨著基坑施工的進行，地表沉降逐漸增加，頂板施工完成后，地表沉降逐漸穩(wěn)定；四個監(jiān)測斷面的最終累計沉降峰值分別為3.7 mm、10.4 mm、12.4 mm、10.0 mm，均小于建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范規(guī)定的二級基坑周邊地表豎向累計位移規(guī)定的50~60 mm。在基坑開挖階段四個監(jiān)測斷面的沉降峰值分別為1.4 mm、6.9 mm、7.1 mm、9.0 mm，分別占最終地表沉降的37.8%、66.3%、57.2%、90.0%。地表沉降主要發(fā)生在基坑開挖階段。

圖3 坑外地表沉降

監(jiān)測斷面8和監(jiān)測斷面9的變形比較規(guī)律，均為先增加再減小，且減小的速度逐漸降低，此結(jié)果與鄭杰明等和黃敏等結(jié)果呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，也證明了監(jiān)測手段的可靠性。

監(jiān)測斷面1和監(jiān)測斷面4的分布規(guī)律較為反常，這可能是由于測點較少，數(shù)據(jù)離散而未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律；此外，施工因素，天氣等原因也會造成一定的影響；在監(jiān)測斷面4處，距地連墻距較遠時地表沉降反而變大，與鄭杰明等和黃敏等的研究成果并不一致，這是由于基坑的形狀不規(guī)則，在圖2中，監(jiān)測斷面4的下方尚有一段基坑，受該段基坑施工的影響，呈現(xiàn)出了上述特點。

2.2 土體深層水平位移

施工過程中土體深層水平位移如圖4所示，由圖可知，土體深層水平位移隨深度近似拋物線分布，底板施工過程中產(chǎn)生的位移較小，頂板施工過程中產(chǎn)生的位移稍大，而頂板施工結(jié)束后深層土水平位移基本穩(wěn)定。第三層土體開挖之后產(chǎn)生的位移峰值分別為10.8 mm、12.2 mm、13.2 mm、11.9 mm，最終監(jiān)測累計位移分別為14.6 mm、13.6 mm、16.13 mm、14.8 mm，土體開挖過程中產(chǎn)生的位移峰值分別占最終位移的74.0%、90.0%、81.8%、80.4%，因此深層土體位移同樣主要發(fā)生在基坑開挖階段。

圖4 土體深層水平位移

2.3 管線位移

選取距離基坑較近的管線監(jiān)測點行分析管線沉降，其中光纖管線監(jiān)測點DX3、DX5距離基坑監(jiān)測點垂直距離分別為11.15 m、12.23 m，電力管線監(jiān)測點DL5與基坑垂直距離為17.35 m。圖5為管線沉降情況，每條線的點依次代表施工過程的各個節(jié)點。由圖可知幾個監(jiān)測點的最終累計沉降分別為3.4 mm、12.8 mm、9.7 mm、15.1 mm，在城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范的要求的10~40 mm范圍之內(nèi)。

圖5 管線沉降監(jiān)測情況

3 結(jié)論

文章對杭州地鐵9號線一期工程四堡停車場基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明：

（1）在基坑施工過程中，坑外地表沉降隨著與地連墻距離的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，且減小的速度逐漸降低，沉降主要發(fā)生在基坑開挖階段。

（2）深層土體水平位移隨深度近似拋物線分布，且主要發(fā)生在基坑開挖階段。

（3）地表沉降、深層土體水平位移和管線沉降均在規(guī)范要求范圍之內(nèi)，表明支護效果較好。