哈爾濱某越冬深基坑工程施工安全監測*

崔高航 趙杉妮

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

隨著我國城市化建設的發展，城市土地資源越來越稀缺。建筑物逐漸向地上和地下發展。近年來，全球都興起了超高層建筑的熱潮。隨著建筑物高度的增加和地下空間的使用需求逐漸增多，深基坑設計已經成為一種發展趨勢。深基坑施工對周邊環境影響較大，為保證周邊建筑及公共設施等的安全，深基坑支護結構設計就至關重要[1]。特別是哈爾濱地區，由于哈爾濱冬季較長，且冬季氣溫多在0 ℃以下，深基坑施工大多會經歷冬季的凍融期[2]，對基坑安全影響更大。現階段深基坑研究中關于寒冷地區深基坑施工的研究較少，對武漢[3]、杭州[4,5]、上海[6]等地區深基坑施工研究文獻較多。本文以哈爾濱某基坑工程為實例，對周邊路面的沉降、排樁的水平位移進行分析，對寒冷地區深基坑穩定性進行了相關研究。

1 工程概況

哈爾濱某項目位于哈爾濱市松北區昆明街與世茂大道交口處，規劃由商場、住宅、公建及地下車庫組成。擬建建筑物分兩部分，一部分商場為地下2層，地上多層商場；另一部分為地下1層，地上高層住宅。其中商場室外地坪絕對高程為118.4 m，商場地下2層承臺底絕對高程為107.0 m，實際基坑深度為11.4 m。高層住宅室外地坪絕對高程為118.4 m，地下1層承臺底絕對高程為113.4 m，實際基坑深度為5.0 m；商場與高層住宅之間有12.0 m寬管廊，管廊高點絕對高程為113.4 m，管廊低點絕對高程為107.0 m，深度差為6.4 m。

1.1 工程地質條件

通過分析地質勘察報告，本場地地層按照相關工程特點劃分主層7層。基坑場地內的地基土主要是堆積物，其組成為雜填土、細砂、中砂、粗砂、粉質粘土等。主要土層分布見表1。

表1 場地地層結構一覽表 m

1.2 水文地質條件

勘察場區地下水類型為第四系砂、礫石層孔隙潛水，地下水賦存于下部的砂層中，含水層分布較穩定。初見水位埋深5.9 m～7.8 m，靜止水位埋深6.3 m～8.3 m。地下水位受一定的大氣降水和蒸發的影響。地下水動態變化規律為：7月～9月份為豐水期，水位高；3月～5月份為枯水期，水位低。通過查閱近年同區域水文資料，地下水位總體變化幅度在2 m～3 m左右。經調查場區附近沒有對地下水產生污染的污染源。

2 基坑支護結構

基礎形式采用樁基礎。該基坑采用土釘墻、支護樁、錨桿、樁間噴掛混凝土相結合的支護體系。各部分支護形式如下：商場基坑位置采用超流態混凝土灌注樁錨桿復合支護；高層住宅位置淺基坑與商場深基坑高差部分采用土釘墻支護，土釘墻放坡比例為1∶1；樁頂上部位為0.5 m高冠梁，冠梁上部做1.5 m高的混凝土擋墻；樁間加三層錨桿，錨桿為兩樁一錨，間距為1 800 mm，樁間掛網噴射混凝土。具體基坑支護設計見圖1。根據JGJ/T 111—98建筑與市政降水工程技術規范，該場地適宜采用管井降水方法。

3 基坑開挖與監測

深基坑的安全與穩定直接關系到基坑本身及基坑周邊道路和鄰近地下管線的安全，根據深基坑支護有關規范要求：結構主體地下部分施工階段必須對基坑支護系統和周邊環境進行監測[7]。由于深基坑周邊環境的復雜性，深基坑支護在施工過程中受到的干擾因素較多，施工環境復雜。建筑基坑支護技術規程規定，應對安全等級為一二級的支護結構進行必要的監測。

對于基坑開挖深度大的基坑工程，受基坑土體成分和周圍環境的影響，在基坑施工過程中必須對支護結構和周邊建筑物進行監測。本工程主要監測內容包括：基坑各邊支護結構水平位移、地表沉降、地下水位變化等。各監測點布置如圖2所示。

3.1 基坑周邊路面沉降

基坑施工過程中，在深基坑各邊沿基坑水平方向布置路面沉降監測點26個。其中東側7個、南側13個、西側6個。各邊路面沉降曲線見圖3。由圖3可以看出，基坑周邊路面沉降值均在25 mm以內，沉降量最大值發生在東側d3測點為21.2 mm。東西兩側沉降量較南側略大，主要原因是基坑東西側均鄰近既有建筑，南側緊鄰世茂大道并無明顯地上建筑。并且由圖3可知，2012年3月～2012年9月基坑各側路面沉降值及沉降速率較大，之后路面沉降逐漸趨于穩定。對于所監測的基坑工程來講，此階段經歷了兩個不利因素：一是嚴冬的低溫條件；二是大雨。2012年3月～2012年5月期間，哈爾濱地區氣溫逐漸回暖，晝夜溫差大，導致土體經歷多次凍融循環，由于凍土融化，地表沉降增加較為明顯。2012年5月～2012年7月時間段導致路面沉降較快的主要原因是：在此期間哈爾濱正值雨季，且基坑經歷一次罕見大雨，路面發生較大沉降。

3.2 圍護結構水平位移

基坑各邊圍護樁頂水平位移曲線見圖4。在基坑施工過程中，基坑圍護樁頂均發生明顯水平位移，特別是2012年3月～2012年7月期間，各測點均發生較大平移，之后樁頂水平位移變化幅度逐漸減小。截至2013年3月基坑樁頂最大水平位移發生在東側D3測點最大值為49 mm。從圖4中曲線可以看出，2012年9月之后樁頂的水平位移趨于平穩，除東側個別測點外，其他測點平移量基本未變，基坑各邊土體與圍護樁達到平衡狀態。并且由圖4可見，距離陰角較近的測點X1,D11,N1,N20位置冠梁水平位移值明顯較小，表明陰角處土體穩定性更好。由圖4c)可見，基坑南側n3～n8測點數據明顯高于南側其他測點，基坑南側冠梁平移最大量發生在n8測點達45 mm，發生這一現象的原因主要是，在n3～n8測點基坑支護上方建有臨時建筑物，基坑上部荷載明顯高于其他測點處，土體主動土壓力增大，導致冠梁平移量增加。

3.3 基坑局部失穩

對基坑開挖過程進行監測，對基坑開挖至關重要。通過監測數據的分析及時判斷基坑支護的工作情況，確保基坑支護處于安全可靠的工作狀態，保證工程安全順利的完成。例如本基坑支護工程在分析監測數據時發現深基坑東側支護體系第一道鋼梁數據異常，經安全巡檢發現：東側2012年完成的支護體系第一道鋼梁有翻背情況；北側2014年鋼板樁支護和放坡噴錨支護已于2014年7月完成，由于工程2014年緩建未實現基坑平口，基坑經歷2014年～2015年冬季凍融期，基坑周邊由于回填土解融下沉，支護上部噴錨面層出現裂縫。并且基坑上邊距離住宅基坑圍墻側有大面積裸露土面。為預防施工現場土方坍塌事故的發生，保證施工安全，依據多方專家意見，對基坑支護進行了加強。

4 結語

1)地表沉降及排樁水平位移監測結果表明：降水和凍融循環對基坑的穩定性有顯著的影響，特別是凍融循環對基坑支護平移的影響。

2)通過項目本身的設計要求，結合工程地質、水文地質條件以及施工的具體要求，選取合適的支護形式。

3)在保證基坑安全及周邊環境安全的前提下，根據基坑周邊環境不同，可采用多種支護相結合的形式，使支護結構方案達到最優。