軟黏土地區深基坑施工監測研究

胡正華，金 甌，陳成振

(1.溫州建設集團公司，浙江 溫州 325027;2.浙江大學 巖土工程研究所，杭州 310027)

2008年11月15日，杭州地鐵1號線湘湖站基坑在施工過程中突然失穩破壞，同時造成風情大道坍塌成一個長75.0 m、寬21.0 m、深15.5 m的深坑，21人不幸遇難，被業界人士稱為“中國地鐵修建史上最大的事故”。事故的發生，除了由于施工企業管理不到位，政府有關部門監管不力，基坑設計考慮不全面，現場管理混亂等主觀方面的因素之外，軟黏土地區特有的水文、地質條件也是一個重要原因。事故發生段土質屬于淤泥質黏土并夾有粉土薄層，流失性強、靈敏度高，含水量較大并且受到較大擾動時極易失穩;淺部地下水屬潛水類型，靜止水位很淺，只在地表以下0.3～2.4 m，補給來源主要為大氣降水及地表水。事故發生前，該地段一個撐塌式污水管長期漏水，并且杭州地區持續多日降雨，再加上風情大道車流量較大，以致釀成慘劇。由此可見，不管是由于自然原因或者人為原因，一旦使軟黏土地區深基坑施工過程這諸多不利因素達到一個極限狀態，就會造成難以挽回的損失。但是，如果在施工過程一直保持合理、高效、有序以及高頻率的監測，那么就可以有效避免這種極限狀態的發生。

車站是軌道交通系統的樞紐，車站深基坑的開挖是車站建設的重中之重。并且，由于車站人流高度密集，對深基坑的施工提出了更高的要求，這就更加需要對施工過程全方位的監測和控制，以確保在車站基坑開挖、支護以及后續的地面設施建設過程中的安全。

1 工程概況

某車站全長171 m，基坑寬度為16 m，開挖深度15～17 m，屬于長度較大的深基坑。基坑主體采用咬合樁圍護形式，附屬結構采用工法樁圍護，基坑支護設置四道鋼支撐。

該車站地質條件較為復雜，勘察資料顯示:地表以下15 m屬于海陸交互相沉積的黏性土，中間夾有一層薄約10 cm的粉土夾層。軟黏土的含水率為38%，壓縮模量約為1.7 MPa，孔隙比達到0.96，承載力僅為70 kPa左右，而且結構性較強，在較強的擾動下很容易發生失穩破壞。地表以下15 m一直到地下基巖為粉質黏土，透水率較高，具有較強的流變性，對基坑施工作業中的底板防水以及澆注較為不利。

2 軟黏土地區深基坑的施工監測

深基坑的施工監測是一個系統工程，一方面它能夠為施工的安全提供保障，另一方面它也是基坑工程動態設計和信息化施工中的一個重要環節。

2.1 軟黏土地區深基坑施工監測的意義

軟黏土地區地鐵深基坑施工監測由于軟黏土特殊的地質、水文條件和地鐵特殊的抗震、低沉陷以及高安全性等要求，表現出比其他深基坑更嚴格更周密的監測目的和要求。這主要表現在以下幾個方面:

1)施工監測必須能夠做到全天候，高頻率。尤其是在天氣不佳，水位上升的時候，含水量過高是軟黏土失穩的主要原因。

2)施工監測必須考慮施工機械振動、周圍交通荷載等動荷載因素的影響。由于該基坑施工過程中會受到周邊道路交通荷載的影響，而軟黏土在動荷載作用下的響應比較強烈，因此在施工監測中一定要從水位、孔壓等角度高度關注這些動荷載的影響。

3)對軟黏土地區這種長度較大、深度較深的基坑，在支撐拆除階段，必須著重注意監測的合理周密以及施工的科學有序，因為較大的長寬比往往會造成基坑一些地方應力集中現象的發生。

4)通過施工監測收集數據，為軟黏土地區深基坑的工程設計、施工及相關規程的制訂積累經驗。

2.2 軟黏土地區深基坑施工監測方案

該工程包括圍護施工及基坑開挖兩部分，基坑施工周期較長，基坑開挖面積較大。根據圍護結構特點、施工方法、場地工程地質、周圍道路交通環境及杭州本地氣象等條件，針對本工程的施工監測主要設置以下監測項目:①周邊地表垂直位移監測(共30個測點);②圍護體頂圈梁的垂直和水平位移監測(共10個測點);③圍護墻體側向位移監測(共10個測點);④支撐軸力監測(共26個測點);⑤坑外水位監測(共6個測點，孔深約20 m);⑥周圍土體的孔隙比、含水率的監測(共10個點);⑦土壓力的監測;⑧基坑內外觀察。

其中，周邊地表垂直位移監測主要在2倍基坑開挖深度范圍內布點，并且同時對基坑東南約50 m的一條道路和北部的一所小學教學樓、操場、圍墻等進行布點。圍護墻體側向位移監測的部分鉆孔深度達到30 m，并且針對土層有夾層的情況設置了幾個深度為10 m的鉆孔。與其他基坑監測不同，坑外水位的監測是本工程監測的一個主要項目之一，同時對基坑西側的一條小河進行水位測量。周圍土體的孔隙比、含水量的監測，根據施工情況以及天氣情況定時取點。土壓力監測同樣也是本工程監測的一個主要內容，通過土壓力的監測能夠最直觀地了解基坑周圍土體應力水平的變化。

各監測項目的測點布設位置及密度與工程樁施工的區域、圍護結構類型、基坑開挖順序、被保護對象的位置及特性相匹配。同時參照圍護樁位置、附屬結構位置、周邊環境以及基坑開挖分段長度等參數。與此同時也注重了監測斷面的布置，主要為了解土體變形的范圍、幅度、方向，對基坑變形信息有一個更加清楚全面的認識。

本工程的監測頻率隨施工的進程、監測數據的分析以及天氣情況動態變化。一般為1 d一測，一周做一次周報。當監測數據出現較大變化，做到1～2 h一測;當施工進度較快時，加大監測頻率;當有暴雨、強風等惡劣天氣時，加大監測頻率。

在報警指標的選擇上，本工程按照有關規定以及工程實際情況，盡量選擇較小的報警值。比如對維護墻體的側向位移，報警指標選擇1.5 mm/d，并且累積變化量不得超過15 mm。

2.3 監測結果

由于篇幅有限，本文僅取個別有代表性的項目以及代表性的點進行分析。

1)支撐軸力監測 圖1為 ZL8(c)、ZL8(d)測點軸力變化曲線。由圖1可見，隨著基坑的開挖逐漸增大，至4月底基本達到穩定，后由于拆卸相鄰支撐的影響又有所增大，但是累計值還處于警戒值范圍內。

2)圍護樁樁身水平位移(測斜)監測 圖2為J01測點的水平位移圖，由圖2可見樁體位移在剛剛開挖時變化較大，但是1月份之后位移基本已經穩定，位移的變化一直處于警戒范圍之內。

圖1 ZL8(c)、ZL8(d)測點軸力變化

圖2 J01測點的水平位移

3)另外，監測結果的其他項目在施工過程一般處于平穩狀態，只有在5月份連續多天降雨，造成坑外水位大幅度升高，土壓力出現較大增長的情況。這時，監測單位建議施工單位對坑外采取井點排水的辦法進行降水，施工單位采取措施后水位下降，同時土壓力以及支撐軸力下降，處理效果良好。

3 軟黏土地區深基坑施工監測中的組織控制

施工監測與施工進程能否在空間和時間上成為一個相互監督、相互反饋的整體，做到信息的高效準確傳遞，很大程度決定于施工監測中的組織控制。在本工程的施工和監測過程中，施工方和監測方共同制訂了一套合理有效的組織控制方法，以確定信息的流暢傳輸以及施工組織的有效進行。本控制方法能夠方便溝通設計單位、施工單位以及監測單位，在實際操作中取得滿意的結果。

這種組織控制方法如圖3所示。

圖3 施工監測中的組織控制方法

4 結語

施工監測作為施工安全及環境控制中的一個重要手段，在本文軟黏土地區地鐵車站深基坑施工過程中圓滿完成了對施工的指導任務，確保了基坑工程的安全順利完工。

本文總結了軟黏土地區深基坑施工監測的幾個特點，并對其監測項目、要求提出了一些建議，最后給出了一套適合深基坑施工監測的組織控制方法，可為軟黏土地區的深基坑施工監測提供參考。

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