深厚軟基基坑安全監(jiān)測實例分析

鄧 恒 楊帥東 黃志懷

(1.廣東華南水電高新技術(shù)開發(fā)有限公司， 廣東 廣州 510611；2.珠江水利委員會珠江水利科學研究院， 廣東 廣州 510611)

?

深厚軟基基坑安全監(jiān)測實例分析

鄧 恒1楊帥東2黃志懷2

(1.廣東華南水電高新技術(shù)開發(fā)有限公司， 廣東 廣州 510611；2.珠江水利委員會珠江水利科學研究院， 廣東 廣州 510611)

基坑安全監(jiān)測是保證工程建設(shè)協(xié)調(diào)進行、確保基坑信息化施工的關(guān)鍵。本文結(jié)合工程實例對基坑施工過程中出現(xiàn)問題的原因進行分析，并針對性提出了現(xiàn)場措施，避免了險情持續(xù)發(fā)展。對類似工程有借鑒意義。

基坑； 安全監(jiān)測； 分析

隨著城市地下工程的利用與發(fā)展，基坑向大深度、大面積方向發(fā)展成為必然趨勢。特別是在軟土地區(qū)，由于其具有強度低、壓縮性和天然含水率高、孔隙比大等特性，基坑自土方開挖就處于變化狀態(tài)，圍護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、大小、位移變形都隨著開挖深度的增加而增加。因此，在基坑施工過程中必須進行安全監(jiān)測，實時掌控基坑安全狀態(tài)，為信息化施工提供數(shù)據(jù)支撐。

基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)能及時反應(yīng)施工過程中基坑的安全狀況，并對監(jiān)測異常值及時分析，提出相應(yīng)處理措施和建議。

本文對廣州市南沙區(qū)靈山島尖北段海岸及濱海景觀帶建設(shè)東環(huán)涌北閘橋工程出現(xiàn)的異常情況進行分析，并給出處理措施，供類似工程參考。

1 工程概況

該工程位于廣州市南沙區(qū)，靠近蕉門水道。為新建小型水閘，基坑采用水泥攪拌樁支護，兩側(cè)采用水泥土攪拌樁格柵狀布置，開挖深度5m，樁徑500mm，樁長15m(見圖1)。基坑安全等級為三級。監(jiān)測的主要內(nèi)容有垂直位移、水平位移、滲透壓力等。布設(shè)水平位移點8個，分別布設(shè)在基坑兩側(cè)支護結(jié)構(gòu)的墻頂，主要監(jiān)測基坑開挖和基礎(chǔ)施工時，基坑兩側(cè)擋墻的位移量；布設(shè)測壓管4個，分別布設(shè)在支護結(jié)構(gòu)外側(cè)土體中，主要監(jiān)測地下水位的變化情況；在基坑開挖出現(xiàn)異常時，基坑周圍土體裂縫處增設(shè)6組裂縫測點。

圖1 東環(huán)涌北閘橋剖面

鉆探結(jié)果表明：從上至下各土層及厚度依次為素填土層1.60m、耕土層0.90m、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層15m、淤泥質(zhì)中砂層7.60m，主要土層物理參數(shù)見表1。

表1 主要土層物理參數(shù)

2 監(jiān)測情況及原因分析

2.1 監(jiān)測情況

監(jiān)測位移曲線見圖2。

圖2 位移曲線

施工方首先開始的工序是在基坑未開挖的原地面進行水泥攪拌樁基坑支護施工。當攪拌樁施工完成后，施工方從地面標高4.60m開挖至基坑面標高2.10m處，即工況1位置，進行預(yù)制混凝土管樁施工，管樁施工深度達15m。在預(yù)應(yīng)力管樁施工完成后，10月12日，開始繼續(xù)進行基坑開挖工序，開挖至基坑地面標高-0.40m處，即工況2位置，進行基坑底部閘板施工。從圖2看出在工況2開挖當日基坑監(jiān)測水平位移數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，監(jiān)測人員在基坑支護與土體結(jié)合處發(fā)現(xiàn)1cm裂縫，同時水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)驟變，底部管樁向外滲水，圍護樁1/2高度處出現(xiàn)垂直于樁長方向約2m長裂縫，土體裂縫有持續(xù)發(fā)展趨勢。

2.2 原因分析

2.2.1 基坑施工順序不當

施工方在完成攪拌樁施工后，開挖至工況1高程，并開始預(yù)制混凝土管樁施工。管樁在沉入土體后，對周圍的土體產(chǎn)生擠壓力。當基坑被開挖時，靠近管樁一側(cè)的擠壓力被釋放，支護發(fā)生變形，向卸土一方產(chǎn)生水平位移。

試驗和實踐證明，一般情況下分層開挖時基坑支護位移比一次性開挖的位移值要小。故考慮到工況2 時基坑的開挖是一次性開挖并未分層，才導致位移值的驟變，所以根據(jù)朗肯土定律，采用水土合算，首先計算工況1和工況2情況下水泥攪拌樁支護前后的主、被動土壓力受力情況(見圖3)。

圖3 土壓力情況分布

求主動土壓力的公式如下：

Ea=(1/2)γH2Ka

(1)

式中Ka——主動土壓力系數(shù)，Ka=tan2(45°-φ/2)；

H——擋土墻高度。

被動土壓力的公式如下：

(2)

式中Kp——被動土壓力系數(shù)，Kp=tan2(45°+φ/2)；

H—— 擋土墻高度。

通過式(1)、式(2)，計算出水泥攪拌樁支護前后所受到的主、被動土壓力情況，具體見表2。

表2 土壓力計算結(jié)果

由圖2并結(jié)合土壓力計算結(jié)果可以看出，當基坑處于工況1的情況時，支護結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，但在基坑開挖到工況2標高時，坑內(nèi)的土方開始剝離后，支護結(jié)構(gòu)兩側(cè)土體形成一定的高差，其原有平衡狀態(tài)被打破。為了尋求新的平衡，支護結(jié)構(gòu)將逐步向基坑內(nèi)側(cè)移動，使得墻后土體產(chǎn)生主動土壓力，墻前土體產(chǎn)生部分被動土壓力，墻底土體對墻身的摩阻力逐步增大，支護結(jié)構(gòu)將得到新的平衡。隨著基坑內(nèi)土方不斷挖出，支護結(jié)構(gòu)為保持平衡而不斷向基坑內(nèi)移動，直到土方開挖全部結(jié)束。

該基坑開挖計劃分為3次，施工單位為趕工期，一次性開挖到基坑底，造成支護樁墻后側(cè)向土壓力突然增大，由圖2看出導致支護結(jié)構(gòu)位移量的迅速變大，這是造成位移突變的主要原因，但應(yīng)考慮到支護結(jié)構(gòu)自身的抗傾覆力，且隨基坑開挖深度的增加可能較小，故進行不同工況下支護結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性驗算，此支護結(jié)構(gòu)滿足重力式水泥土墻的傾覆穩(wěn)定性驗算公式：

(3)

式中Kov——抗傾覆安全系數(shù)，其值不得小于1.3；

Epk、Epk——水泥土墻上的主、被動土壓力標準值,(kN/m)；

Zp——水泥土墻內(nèi)側(cè)被動土壓力合力作用點至墻趾是豎向距離，m；

G——水泥土墻的自重，kN/m；

um——水泥土墻底面上的水壓力，kPa；

B——水泥土墻的底面寬度，m；

aa——水泥土墻外側(cè)主動土壓力合力作用點至墻趾的豎向距離，m；

ap——水泥土墻內(nèi)側(cè)被動土壓力合力作用點至墻趾是豎向距離，m；

aG——水泥土墻自重與墻底水壓力作用點至墻趾的水平距離，m。

通過式(3)得出工況1的抗傾覆系數(shù)KQ為2.21，大于規(guī)范要求1.30的抗傾覆安全系數(shù)，工況2的抗傾覆系數(shù)KQ為1.36，也大于1.30的安全系數(shù)，可判斷出基坑支護的安全性滿足規(guī)范要求。故判斷主要原因是施工工序的問題，施工方工況1打樁時產(chǎn)生的擠土效應(yīng)對基坑支護產(chǎn)生了擾動，降低了基坑的安全狀態(tài)。

2.2.2 地下水位影響

地下水位埋深0.50m，基坑高水位狀況下開挖，水位驟降最為危險。開挖期間測得測壓管內(nèi)的水位較高，作用在墻體上的水壓較大，應(yīng)及時在基坑周圍進行降水措施。

3 措施及成效

3.1 采取措施

施工單位根據(jù)監(jiān)測單位上報的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取措施有：?對基坑兩側(cè)支護外土方同時進行開挖卸荷，開挖寬度至基坑支護外側(cè)5m處，開挖至高程面-0.40m，保持與基坑底部高程相同；?在基坑支護開挖卸荷處抽取地下水，降低坑外地下水水位，同時抽排基坑內(nèi)積水；?基坑回填，在支護樁墻頂水平位移較大處所對應(yīng)的基坑底部進行回填；?靠近水平位移較大部位的基坑作業(yè)全部停止，撤出相關(guān)設(shè)備、材料，疏散施工作業(yè)人員，待基坑位移值穩(wěn)定后，繼續(xù)基坑開挖。

3.2 成效

施工單位采取相應(yīng)應(yīng)對措施取得了很好的效果(見圖3)。10月23日，基坑外側(cè)開挖后，基坑支護結(jié)構(gòu)頂部的水平位移測點出現(xiàn)了向基坑外側(cè)的小幅回彈，10月25日，基坑支護已基本穩(wěn)定。

4 建 議

在軟土地區(qū)進行基坑施工時，應(yīng)充分考慮軟土的特性選擇基坑支護，而鋼板樁支護能防水，結(jié)合緊密，不易漏水，施工便捷，可全部機械化操作，而且可重復使用。特別是在本文實例中，若先進行管樁施工，待管樁施工完成后，再進行基坑支護的鋼板樁施工，可以有效規(guī)避由于施工方管樁施工對攪拌樁支護所產(chǎn)生的擠土效應(yīng)，從而有效減輕擠土效應(yīng)對基坑支護穩(wěn)定產(chǎn)生的影響。

5 結(jié) 論

基坑監(jiān)測就是為了確保基坑工程的安全，并對基坑開挖過程提供有效的監(jiān)控、指導和建議，從而防止發(fā)生坍塌等事故。

基坑監(jiān)測過程中出現(xiàn)監(jiān)測值異常，應(yīng)立即對基坑安全進行分析，并提供有效建議；施工順序?qū)⒅苯雨P(guān)系到基坑的安全，因此，合理安排施工順序至關(guān)重要；軟土地基基坑施工過程中，應(yīng)充分考慮支護形式、地下水位等因素影響；在不具備放坡條件的基坑中增設(shè)鋼管支護可有效提高基坑支護的安全系數(shù)。

[1] 李慶偉，等.北京某深基坑監(jiān)測實例分析[J].施工技術(shù)，2008(9):30-31.

[2] 馬宇東，等.佛山某深厚軟弱土層基坑監(jiān)測分析[J].華南地震，2014(34):50-52.

[3] 尚金光，等.成都大慈寺文化商業(yè)綜合體基坑監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[J].城市勘測，2015(5):129-131.

[4] 孫厚超，等.沉樁擠土效應(yīng)對臨近基坑影響的試驗研究[J].建筑科技，2012(28):48-50.

[5] 李念國，蔣紅.地基與基礎(chǔ)[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[6] JGJ 120—2012建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建設(shè)工業(yè)出版社，2012.

Instance analysis on deep soft foundation pit safety monitoring

DENG Heng1, YANG Shuaidong2, HUANG Zhihuai2

(1.GuangdongHuananHydropowerHigh-techDevelopmentCo.,Ltd.,Guangzhou510611,China; 2.ThePearlRiverWaterResourcesCommissionofthePearlRiverWaterConservancyScienceResearchInstitute,Guangzhou510611,China)

Foundation pit safety monitoring is critical to ensure the coordinated progress of engineering construction and guarantee the information-based construction of foundation pit. In the paper, engineering instance is combined for analyzing the reasons of problems in foundation pit construction process. Site measures are proposed in a targeted mode for avoiding the continuous development of risk situation. It has

ignificance for similar projects.

foundation pit; safety monitoring; analysis

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.019

TV551.4

B

1005-4774(2016)11- 0069- 03