軟土地區(qū)超大深基坑分區(qū)開挖對地下連續(xù)墻豎向位移的影響

□文/林佐江 張秀川 趙寶 陳玲 陶佩 馬萬龍

軟土地區(qū)超大深基坑分區(qū)開挖對地下連續(xù)墻豎向位移的影響

□文/林佐江 張秀川 趙寶 陳玲 陶佩 馬萬龍

某工程為超大超深基坑，周邊環(huán)境復雜，基坑設計形式多樣化，既有鋼筋混凝土內支撐，又有伺服系統(tǒng)鋼支撐，既有作為永久結構的地下連續(xù)墻，又有為分區(qū)施工而設置的臨時地下連續(xù)墻。該基坑采用分區(qū)土方開挖方案，文章結合對基坑分區(qū)開挖各階段地下連續(xù)墻墻頂豎向位移的監(jiān)測統(tǒng)計結果，討論了超大深基坑分區(qū)開挖對地下連續(xù)墻墻頂豎向位移的影響并對產生該影響的原因進行了初步分析。

深基坑；分區(qū)開挖；圍護結構；位移；地下連續(xù)墻；豎向

1　工程概況

某工程地上8層，地下5層，框架剪力墻結構，總建筑面積為203 300 m2，其中地下總建筑面積為66 200 m2，地上總建筑面積為137 000 m2。地上建筑主體高度48.30 m，基坑面積約為13 000 m2，基底標高-19.060 m。該基坑呈不規(guī)則四邊形，基坑邊長約為550 m。

2　支護設計概況

該工程圍護體系采用地下連續(xù)墻，厚度1 000 mm，設計深度分為33.5、35 m兩種，其中33.5 m深的有47幅，35 m深的有11幅，接頭形式均為工字形型鋼接頭。

因工程周邊環(huán)境復雜，存在多處臨近基坑的歷史風貌保護建筑且基坑緊鄰已運營的城市地鐵干線，故通過設置3道臨時地下連續(xù)墻將大基坑劃分為4個小基坑獨立施工，臨時地下連續(xù)墻厚度為1 000 mm，設計深度為33.5 m，接頭形式為鎖口管，共有25幅。

內支撐體系分2種，其中一區(qū)、二區(qū)與四區(qū)采用3道鋼筋混凝土內支撐，三區(qū)因臨近地鐵，采用1道鋼筋混凝土內支撐+3道伺服系統(tǒng)鋼支撐，見圖1。

圖1　支撐

混凝土等級水下C35，抗?jié)B等級P8級。外側圍護采用工字鋼剛性接頭，內側分隔墻采用柔性鎖口管接頭。剛性接頭地下連續(xù)墻預留2根注漿管，每幅墻注漿量≮2 m3，注漿材料用P.O42.5硅酸鹽水泥。

3　施工要求

根據(jù)支護形式及設計要求，考慮周邊的安全性，施工先遠地鐵，后近地鐵，相鄰基坑不同時開挖，先期施工基坑待地下結構底板完工后，方可施工相鄰基坑，首道支撐先行施工。

具體施工要求如下：

1）基坑開挖要求充分考慮“時空效應”；

2）根據(jù)工程籌劃及施工進度計劃，結構基坑平面形狀，整個基坑劃分為4個區(qū)，區(qū)域劃分通過設置臨時地下連續(xù)墻分開，見圖2，施工順序為一區(qū)→二區(qū)→三區(qū)、四區(qū)，基坑施工均采用順筑法，其中一區(qū)基坑面積約5 057 m2，二區(qū)基坑面積約為5 907 m2，三區(qū)基坑面積約為1 274 m2，四區(qū)基坑面積約為814 m2；

3）前一區(qū)域基礎底板施工完畢后，開始開挖下一區(qū)域土方。

圖2　基坑與地鐵車站關系

4　圍護結構豎向位移監(jiān)測設計

按照GB50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》的規(guī)定，確定本基坑等級為一級，屬于超深基坑。監(jiān)測的項目：地下連續(xù)墻深部水平位移、地下連續(xù)墻頂部水平位移、地下連續(xù)墻頂部豎向位移、立柱沉降、支撐軸力、地下水位、周邊建筑物豎向位移及傾斜、周邊地下管線變形、周邊地表沉降。

本文重點對地下連續(xù)墻頂部豎向位移監(jiān)測與基坑分區(qū)開挖之間的關系做分析與探討，地下連續(xù)墻頂部豎向位移監(jiān)測點與其水平位移監(jiān)測點共用，見圖3。

圖3　地下連續(xù)墻墻頂豎向位移監(jiān)測布點

5　工程地質條件

工程地質條件見表1。

表1　地質概況m

5.1水層分布

工程場區(qū)地表下約50.00 m深度范圍內可劃分為3個含水層：潛水含水層、第一承壓含水層、第二承壓含水層。

5.2地下水補徑排關系

1）潛水。天然動態(tài)類型屬滲入-蒸發(fā)徑流型，主要接受大氣降水入滲、綠化灌溉入滲和地表水體滲漏補給，排泄方式主要為蒸發(fā)、地下水側向徑流和垂向越流。本工程場區(qū)所在區(qū)域該層地下水總體流向為自北西向南東，水位變幅0.50～1.00 m/a。

2）承壓水。天然動態(tài)類型屬滲入-徑流型，以越流補給、地下水側向徑流和“天窗”滲漏補給為主，排泄方式主要為側向徑流和越流。本工程場區(qū)所在區(qū)域該層地下水總體流向為自北西向南東。

5.3地下水位

勘察期間測得場地地下潛水水位：初見水位2.00～3.20 m，相當于標高0.15～-0.66 m；靜止水位1.20～1.70 m，相當于標高1.05～0.95 m。

擬建場地淺層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，變幅一般為0.50～1.00 m/a，見圖4。

圖4　基坑剖面與工程地質關系

6　各區(qū)域土方開挖施工

本工程土方開挖與內支撐施工交叉進行，見表2-表5。

表2　一區(qū)土方開挖參數(shù)

表3　二區(qū)土方開挖參數(shù)

表4　三區(qū)土方開挖各施工參數(shù)

表5　四區(qū)土方開挖各施工參數(shù)

7　施工周期

各區(qū)域深基坑施工周期見表6。

表6　各施工階段時間周期

8　地下連續(xù)墻墻頂位移隨開挖時間的數(shù)值變化分析

在施工過程中，對各區(qū)域地下連續(xù)墻墻頂豎向位移進行監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行匯總，由于監(jiān)測量比較大，故本文僅選取JC1、JC3、JC4、JC5、JC7、JC8、JC11、JC13、JC15、JC17、JC24、JC26、JC29進行分析，見圖5-圖8。

圖5　JC1、JC3、JC24、JC26、JC29豎向位移監(jiān)測曲線

圖6　JC4、JC5、JC7、JC8、JC17豎向位移監(jiān)測曲線

圖7　JC11、JC13豎向位移監(jiān)測曲線

圖8　JC15豎向位移監(jiān)測曲線

由圖5-圖8可以明顯的看出：

1）地下連續(xù)墻墻頂豎向位移一般發(fā)生在第2步土方開挖之后，第1步土方開挖時變形不明顯，第2步土方開挖完時一區(qū)JC26上升6 mm、二區(qū)JC5上升6 mm、三區(qū)JC11上升5.2 mm、四區(qū)JC15上升0.8 mm；

2）從第3步土方開挖開始到基礎底板施工完畢這段期間，地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化趨勢最明顯，其中一區(qū)JC26上升至18 mm、二區(qū)JC5上升至24 mm、三區(qū)JC11上升至19 mm、四區(qū)JC15上升至11.5 mm；

3）基礎底板施工完畢30～45 d時間內，地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化不明顯，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，曲線較為平緩，超過此時間階段后，又開始呈現(xiàn)上升趨勢，至結構施工至正負零時，監(jiān)測數(shù)據(jù)開始平緩；

4）先開挖區(qū)域地下連續(xù)墻墻頂豎向位移比后開挖區(qū)域地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化范圍大，約相差10 mm；

5）大基坑比小基坑變化范圍大，時空效應影響比較顯著。

9　地下連續(xù)墻墻頂位移隨開挖土方量的數(shù)值變化分析

地下連續(xù)墻墻頂位移隨開挖土方量的數(shù)值變化見圖9-圖12。

圖9　JC1、JC3、JC24、JC26、JC29豎向位移監(jiān)測曲線

圖10　JC4、JC5、JC7、JC8、JC17豎向位移監(jiān)測曲線

圖11　JC11、JC13豎向位移監(jiān)測曲線

圖12　JC15豎向位移監(jiān)測曲線

由圖9-圖12可以分析出如下幾個特點：

1）各區(qū)域各監(jiān)測點地下連續(xù)墻墻頂豎向位移隨土方開挖的變化趨勢是基本一致的；

2）臨時地下連續(xù)墻（分隔墻）的變形量低于圍護地下連續(xù)墻的變形量；

3）一區(qū)圍護墻JC3監(jiān)測點墻頂豎向位移與土方開挖量的關系為2.15 mm/萬m3，臨時墻JC29監(jiān)測點墻頂豎向位移與土方開挖量關系為1.26 mm/萬m3；二區(qū)圍護墻JC5監(jiān)測點墻頂豎向位移與土方開挖量的關系為2.03 mm/萬m3，臨時墻JC17監(jiān)測點墻頂豎向位移與土方開挖量關系為0.95 mm/萬m3；三區(qū)圍護墻JC13監(jiān)測點墻頂豎向位移與土方開挖量的關系為8.43 mm/萬m3；四區(qū)圍護墻JC15監(jiān)測點墻頂豎向位移與土方開挖量的關系為7.57 mm/萬m3。

從該計算數(shù)據(jù)中可以看出，圍護墻墻頂豎向位移變化量及變化速率均大于臨時墻，后期開挖區(qū)域的圍護墻豎向位移變化速率大于先期開挖的圍護墻。

10　結論

1）超大深基坑分區(qū)（或分倉）開挖對于控制地下連續(xù)墻墻頂豎向位移是有效的。

2）開挖過程中應充分考慮時空效應，盡量縮短開挖時間和降低開挖面積，以更好控制地下連續(xù)墻豎向位移。

3）前期基坑開挖完畢后，降低了土體對后期基坑圍護結構的摩擦力，故后期基坑開挖時地下連續(xù)墻墻頂豎向位移變化速率較快。

4）由于基坑土方開挖過程是土體卸載的過程，故一般情況下地下連續(xù)墻豎向位移呈現(xiàn)上升趨勢。

5）由于分倉開挖會在一定程度上增加基坑工程造價和延長施工周期，該方式比較適用于周邊環(huán)境復雜和臨近地鐵的超大深基坑工程。

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□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.002

□張秀川、趙寶、陳玲、陶佩、馬萬龍/中建一局集團建設發(fā)展有限公司。

□TU476+.3

□C

□1008-3197（2016）05-03-05

□2016-05-24

□林佐江/男，1977年出生，高級工程師，中建一局集團建設發(fā)展有限公司，從事經營管控、項目管理和工程技術工作。