某基坑周邊地面隆起影響因素分析

程 亮

（北京市地質工程公司，北京100143）

某基坑周邊地面隆起影響因素分析

程 亮

（北京市地質工程公司，北京100143）

以某深基坑為例，詳細介紹了該項目基坑周邊地面的沉降變形情況，實際監測數據表明，自基坑開挖起，基坑周邊地面呈現微量隆起的變形特征。因基坑開挖會引起坑底土卸荷后產生回彈現象，隨著支護樁及基坑周邊區域的沉降，還會引起周邊建筑物、地下管線及臨近道路的沉降，量值過大時應高度重視，采用必要的工程措施控制相應的變形。本文通過施工進程、氣溫等因素，結合錨索內力、樁頂水平位移及樁體深層水平位移數據，綜合分析引起基坑周邊地面隆起的內在因素，提出在設計、施工各個階段均需要合理制定設計、施工方案，以達到隆起量優化控制的作用。

深基坑；地面隆起；變形控制

0 前言

隨著大城市及特大城市基礎建設、工業及民用建筑的高速發展，人們對地面以下區域的需求也越來越高，涌現出越來越多的基坑工程。北京地區尤其注重對地下空間的綜合利用，如何更好的通過設計、施工帶來穩定、安全、經濟合理的支護結構，就越發顯得重要。利用信息化施工手段，動態監測基坑支護及周邊建筑、道路、地下管線的變形，對基坑工程的安全運行起到關鍵作用（李平，2010；鄭剛等，2011）。因基坑開挖會引起坑底土卸荷后產生回彈現象，隨著支護樁及基坑周邊區域的沉降，還會引起周邊建筑物、地下管線及臨近道路的沉降，量值過大時應高度重視，采用必要的工程措施控制相應的變形（孔德森，2010；秦會來等，2012；黃茂松等，2012）。本文主要研究基坑周邊地面隆起及其影響因素。

1 工程概況

本工程場地位于北京市朝陽區七棵樹橋東側，石各莊路的北側，鄰近東壩鄉人民政府。本項目地下2層，基坑深度約12.1m（自±0.00算起），平均挖深約10.5m。北側為規劃市政道路（東壩南二街），東側為北京公共交通控股集團有限公司所屬的公交場站及加氣站，南側緊鄰兩棟在用辦公樓（東壩鄉市政總公司1#、2#辦公樓），西側為北京市政路橋股份有限公司的大型機械庫房。

該場地位于永定河沖積平原，場地地形平緩，地層主要由粉質粘土素填土、房渣土、粘質粉土、砂質粉土、重粉質粘土、粉質粘土、中細砂層組成。基底以上土層主要為粘質粉土—砂質粉土、粉質粘土—重粉質粘土，基底坐落在細砂—粉砂層上。潛水賦存于③細砂—粉砂、③1粘質粉土—砂質粉土內，地下水埋深為8.3～9.2m。

2 支護設計方案

本工程基坑南側設計等級為1級，西側、北側、東側設計等級為2級，使用年限為1年。

支護設計采用“護坡樁（排樁）+2道預應力錨索”，護坡樁直徑800mm，樁間距約為1.6m，一樁一錨。預留結構施工作業面1000mm。護坡樁主筋采用14E22（HRB400級）鋼筋，箍筋采用d8@800（HPB300級）鋼筋，架立筋采用E18@2000（HRB400級）鋼筋，樁頂圈梁規格為600*900mm（圖1）。

圖1 典型支護剖面圖Fig.1 Typical supporting prof i le

3 支護監測點方案

基坑開挖工程是風險性較大的分部分項工程，在基坑開挖整個過程中須進行全過程監測，信息化施工管理。

3.1 主要監測項目

日常地面沉降觀測：在基坑外連梁及附近地面每20m設置1個地面常觀沉降觀測點，重要部位可加密布置，監測開挖過程中基坑外側土體的沉降（圖2）。

樁頂水平位移觀測：在基坑連梁頂每20m設置1個水平位移觀測點，重要部位可加密布置，監測開挖過程中連梁頂的水平位移。

深層水平位移觀測：在基坑每側周邊埋設不少于4根測斜管，側向位移在基坑開挖過程中是很敏感的，是確定支護體系是否安全的一個重要數據。

錨索內力監測：南側每層錨索的拉力監測點數量為3根，每層監測點在豎向上的位置宜保持一致，每根桿體上的測試點應設置在錨頭附近位置。

地下水位觀測：監測開挖過程中基坑外水位的變化。

主要進行的監測項目見監測項目一覽表（表1）。

圖2 監測點平面布置圖Fig.2 Layout of measuring points

表1 監測項目一覽表Tab.1 List of monitoring items

3.2 基坑監測預警值、控制值及基坑監測頻率

（1）水平位移預警值值達到17mm（一級）和40mm（二級），或位移速率3mm/d，連續3天超過絕對值或相對深度控制值的70%；基坑控制值為30mm。監測頻率為基坑開挖至開挖完成后穩定前1次/天，基坑開挖完成穩定后至結構底板完成前1次/3天，結構底板完成后至回填土完成前1次/15天。

（2）豎向位移值達到預警值15mm（一級）和30mm（二級），或沉降速率達3mm/d，連續3天超過絕對值或相對深度控制值的70%；基坑控制值為20mm。監測頻率為基坑開挖至開挖完成后穩定前1次/天，基坑開挖完成穩定后至結構底板完成前1次/3天，結構底板完成后至回填土完成前1次/15天。

（3）基坑周邊地面沉降預警值達35mm（一級）和60mm（二級）；監測頻率為基坑開挖至開挖完成后穩定前1次/天，基坑開挖完成穩定后至結構底板完成前1次/3天，結構底板完成后至回填土完成前1次/15天

（4）基坑周邊建筑物和道路等的監測包括周邊建筑物和道路的沉降、裂縫等的產生和發展情況，監測頻率為基坑開挖至開挖完成后穩定前1次/2天，基坑開挖完成穩定后至結構底板完成前1次/3天，結構底板完成后至回填土完成前1次/15天。

（5）支護結構深部水平位移預警值為50mm（一級）和80mm（二級），控制值為40mm,監測頻率為基坑開挖至開挖完成后穩定前：1次/4天，基坑開挖完成穩定后至結構底板完成前1次/10天，結構底板完成后至回填土完成前1次/30天。

（6）錨索拉力預警值為錨索鎖定值的70%，監測頻率為基坑開挖至開挖完成后穩定前1次/天，基坑開挖完成穩定后至結構底板完成前1次/3天，結構底板完成后至回填土完成前1次/15天。

4 引起周邊地面隆起機理分析

根據監測數據，基坑周邊在整個施工期內以微量隆起為主，南側近基坑邊測點隆起量達到預警值，但南側建筑物及以外道路隆起量小于基坑邊擋土墻頂位量值，西側、北側、東側普遍微量隆起，但未達到預警限值（圖3、圖4）。

圖3 南側擋土墻頂豎向位移量Fig.3 Vertical Displacement of Retaining Wall in south side

圖4 南側臨時道路豎向位移量Fig.4 Vertical displacement of temporary road in south side

（1）與施工進程的相關關系

9月中旬第一步錨索張拉施工后，隆起量發生明顯的增加，顯示在錨索張拉后，支護樁發生背離臨空面的微量位移，樁后土體受擠壓，地面土體隨之發生隆起變形。隨后10月中旬第二步錨索陸續開始進行張拉施工，隆起變形量呈近線性增加。

根據隆起情況分析，預應力錨索張拉力值或存在偏大的可能。但評價預應力錨索張拉力值選定合理與否的關鍵，尚與支護結構其他監測項目的控制與發展情況有關。就本項目而言，張拉鎖定施工后，對后期樁頂水平位移的控制還是達到了較為理想的效果。

（2）與施工期內氣溫變化的相關關系

根據監測方案，基準點布置在基坑開挖影響深度范圍以外，且基準點為3個，每次測試前均進行聯測校核，誤差滿足規范及測試要求。各測試點位均穩定埋置于樁頂連梁內，與連梁澆筑同步安裝。

圖5 支護施工期內大氣溫度曲線Fig.5 Atmospheric temperature change during construction

從支護施工期內的大氣溫度曲線與南側擋土墻頂豎向位移量曲線看，氣溫前期升溫，中期降溫，后期氣溫又反復，但豎向位移量前期平穩，中后期呈普遍微量增加，兩者不存在明顯的相關關系（圖5）。

（3）與土方開挖順序、開挖方案的相關關系

以東側豎向位移監測數據為例，東側土方開挖時未嚴格執行分步、分段開挖的策略，土方作業時從東側南側連續開挖至北側，造成基坑應力過快釋放，中部部分點位隆起量明顯增加，后續施工中及時調整了開挖方案，按照30m分段隔段開挖，避免了應力集中過快釋放的弊端（圖6）。

圖6 東側擋土墻頂豎向位移量Fig.6 Vertical Displacement of Retaining Wall in East Side

（4）與周邊建筑物的相關關系

從南側A樓附近沉降觀測點及樁頂豎向位移測點監測數據可知，與基坑周邊距離越大，豎向隆起量越小。基坑2倍深度以外，受基坑開挖的影響不明顯（圖7）。

圖7 A樓前沉降量監測點數據Fig.7 Settlement monitoring point data before #A

周邊建筑物范圍內，地面隆起受限，隆起量明顯小于兩側，但差異沉降量尚在允許范圍內。

（5）與周邊荷載、堆載及車輛動荷載的相關關系

基坑墊層混凝土澆筑施工期內（自1月19日至2月1日），混凝土運輸車輛頻繁進出現場，臨時停靠區離基坑較近，可視為周邊出現臨時堆載工況，該施工期間隆起量減小。

后期澆筑暫停后，有微量回彈（自2月1日至2月18日）。

（6）與工程降水的相關關系

本工程采用工程降水，聯網降水穩定后實測水位大于基坑底埋深500mm以上，水位降深波動范圍均處于坑底以下，對基坑頂部周邊地面隆起變化無影響。

5 結論

通過該基坑工程監測數據的實測對比分析，對基坑周邊地面隆起量的影響因素進行了探討，得出如下結論與建議：

（1）周邊地面隆起與施工進程、施工進度、開挖順序、錨索張拉力值的確定、周邊建筑物及環境特征、荷載情況等密切相關。控制隆起量的關鍵是綜合考慮以上因素的影響，在設計、施工各個階段合理布置設計、施工方案，以達到隆起量優化控制的作用。

（2）隆起量與施工期內的氣溫變化非同步或明顯一致，不屬于決定性的影響因素。但氣溫變化對整個支護結構的影響不能忽略，尤其對支護施工方案選擇及對整個支護結構、墻背土體的應力變化影響顯著。

（3）基坑底水位穩定情況下，短期降水對地面隆起量增加無影響。但作為臨時性的施工措施，施工中需盡可能的減少地下水抽降時間，盡早停止降水，保證支護結構的安全、穩定的同時，減少地下水的抽排。基坑周邊地面隆起量還與基坑深度、土層情況、支護結構剛度、樁體嵌固深度、樁體出露部分的出露時間有關，后續工作中可做針對性的研究探討。

黃茂松，余生兵，2012.基坑抗隆起穩定的塊體集上限分析[J].巖土工程學報,34(8):1440-1447.

孔德森，門燕青，張偉偉，等，2010.軟土深基坑坑底抗隆起穩定性數值分析[J].巖土工程學報,32(S1):186-190.

李平，楊挺，王義，等，2010.基坑工程隆起變形研究綜述[J].河海大學學報(自然科學版),38(2):196-201.

秦會來，陳祖煜，劉立鵬，2012.基于上限理論的軟土基坑抗隆起穩定分析方法[J].巖土工程學報，34(9):1611-1619.

鄭剛，焦瑩，李竹，2011.軟土地區深基坑工程存在的變形與穩定問題及其控制——軟土地區深基坑坑底隆起變形問題[J].施工技術,40(10):10-15.

Inf l uenced Factors of Surface Uplifting Surrounding a Certain Foundation Pit

CHENG Liang

(Beijing Geo-engineering Company ,Beijing 100143)

Taking a deep foundation pit as an example, this paper in detail introduces settlement deformation surrounding the deep foundation pit. The actual monitoring data show that since the foundation pit excavation,the surface surrounding the deep foundation pit begins to present trace uplifting deformation characteristics. The foundation pit excavation will cause pit subsoil unloading and produces rebound phenomenon, with the retaining piles and excavation of the surrounding area, the surface rebound can also cause the settlement of surrounding buildings, underground pipelines and nearby roads. If the settlement scale is too large, it should be pay great attention to, and it is necessary to adopt engineering measures to control the deformation. Based on the construction process, temperature and other factors such as the anchor stress, the horizontal displacement of pile top, the deep horizontal displacement, this paper comprehensively analyzes internal uplifting factors caused by excavation,and puts forward to a reasonable scheme at the different stages of design and construction, in order to achieve the optimization control of uplift.

Deep foundation pit; Surface uplift; Deformation control

A

1007-1903（2017）03-0055-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.0011

程亮（1983- ），男，研究方向：基坑工程設計與施工。E-mail：914667699@qq.com。