濱海軟土地區基坑變形監測分析研究

文/宋彥杰 岳 彬

天津濱海新區自晚更新世～全新世以來，海水進退、河流遷徙改道等形成了包括海相淤積、瀉湖相沉積、河流沖積、三角洲沉積等多種成因的地基土，地質條件復雜。軌道交通B1 線為濱海新區第一條開工建設地鐵線路，之前無地鐵基坑施工經驗，為此，本文以B1線某地鐵車站為依托，對其施工過程中監測數據進行分析，總結地鐵車站施工期間基坑變形規律，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程地質特點

車站所處地段屬沖積平原，地形較平坦，影響范圍內地層主要為第四系全新統人工填土層、全新統上組陸相沖積層、全新統中組海相沉積層及全新統下組沼澤相沉積層。基坑開挖范圍內①1雜填土、①2素填土、⑥2-1淤泥質黏土、⑥2-2粉砂、⑥2-4淤泥質黏土、⑥3粉砂、⑥4粉質黏土和⑦粉質黏土；基底以下地下連續墻范圍內土層主要為⑧1粉質黏土、⑧2砂質粉土、⑨1粉質黏土、⑩1-1黏土和⑩1粉質黏土。

場地表層地下水類型主要為第四系孔隙潛水，埋藏較淺，勘測期間，初見埋深2.0～2.8 m（高程0.44～-0.01 m），靜止埋深1.30～2.40 m（高程1.23～0.47 m）。第一承壓水層主要為全新統第Ⅱ陸相河床～河漫灘相沉積層砂質粉土、粉砂（地層編號⑧2），水頭埋深6.20 m，相當于大沽標高-3.40 m。第二承壓含水層主要指上更新統第Ⅲ陸相河床～河漫灘相沉積層砂質粉土（地層編號⑨2），擬建場地缺失該層。第三承壓含水層主要指上更新統第Ⅱ海相濱海～潮汐帶相沉積層粉砂（地層編號⑩2），第四承壓含水層主要指上更新統第Ⅳ陸相河床～河漫灘相沉積層粉砂（地層編號○12），第三、四承壓含水層水頭埋深13.30 m，相當于大沽標高-10.50 m。

1.2 基坑支護體系及開挖方案

車站主體為12 m 寬島式站臺，兩層雙柱（局部單柱）結構，總長度為539.7 m，標準段寬度為21.1 m，高度為13.89 m，有效站臺中心位置頂板覆土厚度約4.0 m。基坑標準段深約18.14 m，圍護結構采用0.8 m 厚地下連續墻，地下連續墻入土深18.36 m，入土比約1.01，圍護結構設5 道支撐，其中第一道為800 mm×1000 mm 混凝土撐，水平間距6 m，其余均為φ800 mm、t=16 mm鋼管支撐，水平間距3 m。

距基坑最小水平間距18.86 m 有一座4 層框架結構建筑物，建筑物基礎采用φ400 mm 預應力管樁，樁長22.5 m。

2 基坑監測方案

基坑監測等級為二級，具體的監測項目包括：周邊建筑物沉降及傾斜、地表沉降、支撐內力、圍護墻頂水平和豎向位移、圍護墻深層水平位移、地下水位等。

圍護結構墻頂部豎向位移監測點與墻頂部水平位移測點共用，每隔20 m在圍護結構墻頂部布設豎向位移監測點，共布設58個監測點。直接綁扎測斜管固定在支護墻鋼筋籠上進行墻體水平位移監測，每隔一個地表斷面布置一個測斜管，特殊部位（如陽角等）適當調整距離布置，共布置34個監測點。地表沉降監測點布置在基坑周邊2倍開挖范圍內，按照間距20 m布置監測斷面，共58個監測斷面，每個斷面5個監測點，共279 個地表監測點，測點間距從基坑圍護墻外側起，按照2、4、8、10、12 m 布置。有樁基礎建筑物可不設置建筑物傾斜監測點，沉降監測點布置在建筑物墻體上。

3 監測數據分析

基坑施工期間，對位于同一斷面的圍護墻頂水平和豎向位移、圍護墻深層水平位移、地表沉降和建筑物沉降進行分析。監測斷面選取見圖1。

圖1 監測分析斷面位置

3.1 地表沉降

在地下連續墻和冠梁施工、降水試驗、基坑開挖及結構施工期間，地表沉降變化值見表1。

表1 地表沉降變化值mm

地下連續墻及冠梁施工期間，靠近基坑的測點地表沉降最大，而遠離基坑的測點沉降值較小，可見地下連續墻和冠梁施工對地表有一定的影響，但影響范圍較小；降水試驗期間，地表沉降基本不變，可見在地下連續墻施工質量較好，無滲漏水出現的情況下，降水對坑外影響很小；隨著基坑開挖，地表沉降逐漸增大，開挖初期，靠近基坑側測點變化最明顯，測點1 數值最大，測點3 數值最小，但隨著基坑開挖深度的增大，影響范圍逐漸向遠離基坑處擴大[1]；當開挖至第四層土時，測點1和測點2沉降值已達最大；隨后底板鋼筋綁扎和澆筑過程中，測點1 和測點2 沉降值基本不變，而測點3沉降值逐漸增大，在監測斷面兩側底板全部澆筑完成后，測點3沉降值達最大，說明基坑開挖對地表沉降的影響具有時空效應；開挖至基底時，在0.5H范圍內，地表沉降達最大值，0.5H～H范圍的地表沉降約為最終沉降值的55%，在監測點兩側基坑底板澆筑完成后，0.5H～H范圍的地表沉降逐漸達到最大值[2]。

3.2 圍護墻頂水平和豎向位移

在基坑開挖及結構施工期間，地下連續墻頂水平和豎向位移變化值見表2。

表2 地下連續墻頂水平和豎向位移變化值

由于地下連續墻頂采用混凝土支撐且在基坑開挖過程中，支撐架設及時，因此在基坑開挖過程中，地下連續墻頂水平位移較小。在車站結構施工過程中，由于支撐逐步拆除，地下連續墻頂水平位移也有不同程度的增加，出現在中板施工完成，拆除第三和第二道支撐時。由于基坑的開挖卸載，地下連續墻出現隆起現象，隨著基坑開挖的進行，隆起量逐漸增大，當開挖至基底時，隆起量達最大；當底板施工完成后，隆起趨于穩定，隨后地下連續墻出現小幅下沉。

3.3 圍護墻深層水平位移

在基坑開挖及結構施工期間，地下連續墻墻身最大水平位移及出現位置見表3。

表3 地下連續墻墻身最大水平位移及出現位置

隨著基坑的開挖，地下連續墻墻身最大水平位移逐漸增大且最大值均出現在坑底以上0.3H處；當開挖至坑底時，地下連續墻墻身水平位移達最大值。當底板施工完成后，地下連續墻墻身水平位移趨于穩定，隨著車站結構的施工，地下連續墻墻身水平位移逐漸減小且最大值出現的深度也隨之下降，最大值出現在基坑底附近[3～4]。

3.4 建筑物沉降

測點JGC-13、JGC-14 與基坑最小水平距離分別約18.12、21.95 m，期沉降變化見表4。

表4 建筑物沉降累計變化值mm

由于建筑物距基坑較遠且采用樁基礎，基坑施工對建筑物的影響較小。基坑開挖對建筑物的影響也存在時空效應，在基坑開挖至基底時，建筑物沉降尚未達到最大值，隨著結構的施工，建筑物沉降逐漸達到最大值。

4 結論

1）在軟土地區，地下連續墻及冠梁的施工對地表沉降的影響不能忽視。

2）基坑開挖對支護結構變形及周邊環境影響最大且開挖至基底附近時，各變形值達最大；當底板施工完成后，各變形基本趨于穩定。

3）基坑開挖對周邊環境的影響具有時空效應。基坑開挖至基底時，對0.5H范圍內地表沉降影響最大；0.5H～H范圍內地表沉降在基坑開挖至基底后仍有較大的變化，而底板施工完成后，地表沉降基本趨于穩定。

4）基坑施工過程中，應充分利用時空效應，基坑開挖至基底后應及時施作底板，減小對周邊環境的影響。

5）天津市軌道交通一級基坑變形控制指標：地表沉降≯0.1%H，地下連續墻水平位移≯0.14%H。本基坑地表沉降最大值為23.9 mm，約為0.13%H，地下連續墻最大水平位移為19.5 mm，約為0.11%H，滿足控制標準。