深大基坑開挖支護施工及變形控制研究

朱正國，劉爭國，范劍雄，翟朝嬌，羅支貴，徐俊

(1.淮安高新控股有限公司，江蘇 淮安 223001；2.安徽建筑大學建筑結構與地下工程安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601；3.安徽建筑大學土木工程學院，安徽 合肥 230601；4.中國鐵路上海局集團有限公司，上海 200000；5.中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230012）

1 引言

隨著社會經濟的快速發展，地下空間的開發利用規模加大，使得基坑工程日益增多，且向更深更大的方向發展，特別是針對富水地區，其工程地質和水文地質條件較差，力學性能復雜，增加了基坑工程施工的難度。

針對深大基坑的開挖支護施工及變形控制效果研究，國內外學者做了大量研究[1-8]。何志勇等[1]以深圳某工程為例，結合數值模擬和現場監測，研究了深基坑在樁撐和樁錨的組合支護下結構的變形和受力特點。夏應學[2]等人結合實際工程，計算得出控制開挖長度和深度可以很好控制基坑的變形。胡琦等[3]人認為可以采用非線性三維實體模型來模擬基坑開挖問題，他從機理上研究了咬合樁的受力特點，對基坑的變形分析起到了基礎作用。Wong[4]利用有限元軟件分析了基坑施工階段地下水位變化對基坑變形之間的關系，計算結果顯示在基坑工程施工過程中地下水分布的變化對基坑變形影響很大，因此在實際工程中需要切實的關注地下水分布問題。

本文通過以淮安東站站前廣場深基坑工程為實例，結合現場監測數據分析了深層土體位移、坑頂沉降位移、地下水位變化，探討了各監測項目的變形規律，給類似工程條件下基坑開挖提供指導。

2 工程概況

本工程為淮安東站站前廣場，廣場位于在建連鎮鐵路東側，場址為原連鎮鐵路淮安東制梁場用地，站前廣場結構凈尺寸長225m×寬256m，占地面積約5.7萬m2，基坑開挖面積約為58936m2，局部開挖深度18.9m。地下三層采用框架結構＋樁基礎，其中負一層為社會停車場出租車停車場和公交車站，設計高度6.0m，負二層及負三層均為社會車場，設計高度4.2m，設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為一級，抗震設防烈度7度。

圖1 基坑現場施工圖

3 開挖支護方法

3.1 開挖方案設計

基坑開挖遵循“分區、分層、限時、平衡、對稱”的開挖原則，將基坑土方以環形支撐為界縱向分為3層，平面分為25塊，采用兩種開挖方法進行施工，第一道混凝土環撐以上土方開挖采用島式開挖法，首先開挖環撐范圍土方，分段進行環撐施工，環撐施工完成后開挖內部土方，等環撐達到設計強度要求后，轉換開挖方法，采用盆式開挖法進行第一道環撐以下土方開挖，首先進行環撐內土方開挖，挖至第二道環撐下5cm，進行第二道混凝土環撐施工，達到設計強度后，繼續采用盆式開挖法，由中心向四周開挖至基底上30cm，最后采用人工開挖進行清底。具體開挖流程如圖2所示。

圖2 開挖流程示意圖

3.2 支護方案設計

圍護結構支護周長約1005m，圍護結構東側和北側采用地連墻，每幅墻體長度約為6m，深度為50m，接頭位置均采用H型鋼接頭＋高壓旋噴樁方式進行施工；西側和南側TRD工法墻＋圍護樁，TRD墻體長度為425.6m，深度為50m，圍護樁采用Φ1150鉆孔灌注樁進行施工，設置2道混凝土撐，沿基坑圍護呈環形布置，下部采用格構柱作為支撐柱，格構柱共484根，第一道混凝土支撐設置在原地面以下約1m，截面尺寸為2.6m×1m，第二道混凝土支撐設置在原地面以下約8m，截面尺寸為2.9m×1.5m。

4 監測分析

為確保施工安全，要對基坑及支護結構進行必要的監控量測，以及時調整開挖速度與位置，防止因圍護結構變形過大造成安全隱患，影響施工進度。本文分析中，選取富水條件下地連墻段深層土體水平位移監測點CX3、圍護樁沉降監測點SP4、SP6和水位監測點SW01、SW02、SW04和 SW06的監測數據進行規律性分析。

4.1 深層土體位移

圖3 深層土體位移曲線

由圖3可知，基坑開挖初期 (開挖1.3m)，土體出現坑內前傾的變化趨勢，上部土體水平位移較大，越往深處，土體位移越小。隨著第一道支撐的安裝以及基坑的開挖至8.2m，深層土變形曲線由前傾逐漸變為“弓”形，土體最大水平位移發生部位也逐漸下移，約在土體深度6m處。第二道支撐安裝完畢以及基坑開挖至15.8m處時，土體位移曲線仍表現為兩頭較小，中間較大的特征，最大水平位移發生位置下移至10m處。基坑的開挖至基底時，CX3處土體最大水平位移為26.3mm，未超出監測警戒值（35mm），且還有一定空間，說明維護結構滿足基坑穩定性要求。

4.2 圍護樁沉降位移

圖4 圍護樁沉降位移

由圖4可知，在基坑開挖初期，受土體卸載作用，圍護樁樁頂實測垂直位移有少量上浮，并在第十天出現峰值，最大值發生在SP6位置，為3.15mm。隨著基坑開挖深度的增加，圍護樁開始發生沉降，總體呈下降趨勢，在開挖第36天至第42天，位移發生快速下降。SP6點在第69天出現最低值-6.25mm。第二層開挖中期至第三層開挖初期圍護墻沉降曲線變化幅度較小，在第三層開挖時期趨于穩定。

4.3 地下水位

圖5 地下水位時間變化圖

由圖5可知，在基坑開挖前期，水位波動明顯，開挖至第二層中期時，水位總體呈緩慢下降趨勢。四個監測點水位累計變化值均出現最低值，最小值在SW04點，為-920mm，并未超出設計報警值1000mm；在開挖第二層土方后期時，監測點均有快速上升的現象，造成這個現象的原因是此施工期間受到降雨影響，監測點附近有導水管，施工時抽水會影響水位變化，隨著第二層開挖完成及混凝土支撐完成，地下水位得到控制。監測點水位總體平穩。

5 結論

①基坑開挖過程中，深層土的水平位移隨開挖深度的增加而增加；開挖初期，最大水平位移發生在基坑上部區域，隨著基坑的開挖支護完畢，深層土最大位移處下移至基坑中間位置，土體變形呈現兩頭小，中間大的形態。

②圍護墻沉降位移在基坑開挖初期有小幅度上升過程，之后隨基坑開挖的進度會慢慢下降，最后，逐漸趨于穩定狀態。工程中，應該在圍護墻下降階段增加監測頻率，保證結構的安全穩定。

③開挖前期水位波動明顯，隨著基坑開挖，水位緩緩下降，后期受到降雨影響，水位快速上升，最終趨于穩定，工程中，應該注意雨季施工范圍的排水，并時刻關注支護結構是否有漏水漏砂現象。