公常路下穿改造工程深基坑開挖施工監測與穩定性分析

史豪杰， 李富相， 李志勇

(中交一公局第四工程有限公司， 廣西 南寧 530033)

開發和利用城市地下空間、發展高效的地下交通已成為現階段城市交通建設的重要發展方向，許多地區已開始大規模修建城市地下公路和隧道，建立城市地下交通網，由此出現大量技術復雜、體積量大的深基坑。為保證基坑開挖安全與穩定，需對基坑圍護結構變形和內力進行實時監測。許多學者對基坑開挖引起的圍護結構墻體位移、深層土體位移、內支撐軸力、地表沉降等進行了分析研究，如魏綱等根據沉降、軸力等實測數據，對比分析了基坑開挖中支撐軸力、地表沉降的變化規律；張雪嬋等以杭州慶春路過江隧道江南工作井為例，對墻體水平位移、地表沉降、地下水位及砼支撐軸力進行監測分析，提出了高承壓水控制和防治對策；楊有海等根據杭州地鐵秋濤路車站深基坑監測數據，分析了工況對樁體側向變形與鋼支撐軸力的影響；丁智等對杭州地鐵新塘路、景芳路交叉口工程深基坑進行監測，分析了土體深層水平位移和墻體深層水平位移變化規律及地下水位與地表沉降的關系。深圳地區土質條件特殊，對該地區臨近地鐵施工的深基坑實測分析還不充分，基坑開挖對施工過程和周邊環境的影響評估也少有報道。為此，該文以深圳公常路中山大學深圳校區段下穿改造工程為例，通過對基坑圍護結構變形、內支撐軸力及基坑周邊地表沉降等監測數據的分析，研究基坑開挖中圍護結構變形規律和受力特點，為基坑工程施工提供指導和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程概述

公常路中山大學深圳校區段下穿改造工程位于深圳市光明區新湖街道，全長約3.56 km。其中地下道路長2.645 km，采用干線性城市主干道標準建設，雙向六車道，設計速度50 km/h；地面道路采用生活性城市主干道標準建設，雙向六車道，設計速度40 km/h。

現狀公常路為城市主干道，雙向八車道，紅線寬度60 m，瀝青路面，設計速度50 km/h。

1.2 工程地質和水文條件

場地原始地貌為殘丘坡地及沖積洼地，后經人工挖填改造為現狀公常路。根據現場勘察及室內土工試驗結果，擬開挖基坑所在區域地層主要由人工填土、含砂粉質黏土、中砂、砂質黏性土、全風化混合花崗巖、土狀強風化混合花崗巖及塊狀強風化混合花崗巖組成(見圖1)。

圖1 工程地質狀況和基坑圍護結構斷面圖(單位：標高為m，其他為mm)

根據水文地質勘察報告，沿線場地總體地形較平坦、起伏較小，地下水位變化幅度為1.0～5.0 m。開挖基坑處的地下水對砼結構和鋼筋砼結構中的鋼筋具有微腐蝕性。

1.3 基坑支護設計

選取K1+700—780段深基坑進行分析。該段基坑長80 m，寬度29 m，開挖深度17.5 m，采用明挖法施工。圍護結構采用φ1 000 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁和φ800 mm旋噴樁樁間咬合止水；內支撐采用3道支撐，第1道為鋼筋砼支撐，水平間距9 m；第2、3第道均為鋼支撐，水平間距3 m。在基坑中間設置520 mm×520 mm鋼格構立柱，立柱樁采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁。基坑圍護結構斷面設計見圖1。

1.4 基坑開挖工況

由于該段基坑開挖深度較大，為確保基坑安全，采用分層開挖，基坑開挖施工工況見表1。

表1 基坑開挖工況

2 基坑開挖施工監測方案

2.1 監測內容及監測點布設

根據SJG 05-2011《深圳市深基坑支護技術規范》、GB 50497-2009《建筑基坑工程監測技術規范》，基坑開挖監測內容主要有樁體深層水平位移、周邊地表沉降、坑外地下水位、內支撐軸力。

(1) 圍護樁體深層水平位移監測。采用串聯式導輪固定測斜儀+測斜管監測圍護樁體深層水平位移，監測點間距約50 m。

(2) 周邊地表沉降監測。在支護結構周邊土體取垂直于線路方向的截面作為監測截面，共設置2個間距為40 m的監測斷面，每個截面分別在沿線路南北兩側各布置1個監測點。

(3) 坑外地下水位監測。在垂直于基坑向外距離隔水帷幕1 m處，沿線路方向水位孔按50 m間距布置監測點。

(4) 內支撐軸力監測。沿線路方向自西向東每3道砼支撐取一個監測斷面(鋼支撐與砼支撐軸力監測共斷面)，相鄰監測斷面間距約27 m。每道砼支撐布置8個監測點，分別布置在砼支撐鋼筋籠四角的受力主筋上，位于砼支撐長度的L/3處，每個監測點放置1個鋼筋應力計。每道鋼支撐布置一個監測點，布置在鋼支撐南側端部，每個監測點放置1個軸力計。各監測點平面布置見圖2。

圖2 監測點布置平面圖(單位：m)

2.2 監測頻率和報警值

監測期自元件埋設完成至主體結構頂板澆筑完成止，監測頻率見表2。

表2 基坑自動化監測頻率

監測報警值一般由累計變化量及其變化速率控制，累計變化量的報警指標不應超過設計限值。該段基坑屬于一級基坑，其報警值見表3。

表3 一級基坑圍護結構監測報警值

3 監測數據及分析

選取K1+720作為分析斷面，其中包括1個樁體深層水平位移監測點、南北側2個周邊地表沉降監測點、1個坑外地下水位監測點和3個軸力監測點，分析各工況下監測數據變化規律及基坑的安全穩定性。

3.1 樁體深層水平位移分析

選取K1+720斷面南側深層水平位移監測點的監測數據進行分析，不同工況下樁體深層水平位移變化見圖3，“-”表示樁體向基坑內變形，“+”表示樁體向基坑外變形。

圖3 K1+720斷面樁體深層水平位移

由圖3可知：隨著基坑開挖深度的增大，樁體水平位移逐漸增加，累計最大水平位移為-9.77 mm，出現在工況5，該工況的基坑深度最大；基坑開挖過程中圍護樁累計水平位移變量均在報警值(±50 mm)范圍內。

3.2 周邊地表沉降分析

取K1+720斷面南北兩側2個監測點SDB43-2、NDB28-1的監測數據進行分析，不同工況下地表沉降變化見圖4。

圖4 K1+720斷面基坑周邊地表沉降

由圖4可知：K1+720斷面南北兩側的地表沉降均較小，截至工況7，南側地表沉降監測點累計沉降量為0.65 mm，北側地表沉降監測點累計沉降量為3.98 mm；受北側分流車道上車輛荷載作用，K1+720斷面北側的地表沉降比南側大。基坑周邊地表沉降均遠低于報警值(±35 mm)，且現場巡查未發生基坑周邊有顯著沉陷、開裂或隆起。

3.3 坑外地下水位分析

取K1+720斷面南側坑外水位監測點SSW039的監測數據進行分析，以基坑開挖前的地下水位為初始水位，該測點的水位變化見圖5。

圖5 K1+720斷面坑外地下水位

由圖5可知：9月21—11月6日，K1+720斷面坑外地下水位持續下降。主要原因，一是基坑開挖期間坑內持續降水，導致坑外地下水位持續下降；二是基坑開挖期屬于旱季，長時間未降雨，地下水位無法及時得到補充。至9月25日，坑外地下水位下降量已超出報警值(1 000 mm)，且9月28日坑外地下水位下降幅度達-1 860 mm，超出日變化量500 mm/d的報警值。但總體上地下水位變化較平穩，且未給基坑圍護結構及周邊環境帶來不利影響。

3.4 支撐軸力分析

取K1+720斷面砼支撐南側監測點STZ043、第2道鋼支撐監測點GZ025-1、第3道鋼支撐監測點GZ025-2的監測數據進行分析，不同工況下支撐軸力變化見圖6。

圖6 K1+720斷面支撐軸力

從圖6可以看出：基坑開挖過程中，隨著開挖深度的增大，砼支撐軸力增大，峰值出現在工況2，為2 655.20 kN。第2道鋼支撐架設后(工況4)，第2道鋼支撐分擔了一部分荷載，砼支撐軸力開始減小。到工況6，由于第3道鋼支撐的架設，第2道鋼支撐的軸力開始減少，而砼支撐軸力基本保持不變。基坑支撐軸力均在安全范圍內，基坑支撐結構及圍護體系安全可控。另外，支撐的軸力變化與基坑開挖深度、支撐架設數量及支撐間距等有關，施工中應及時架設支撐，嚴禁超挖、漏撐或少撐等現象，確保基坑安全穩定。

4 結論

(1) 基坑開挖后設置支撐之前，水平位移變化較大，截至工況5，樁體最大水平位移為-9.77 mm。基坑開挖應遵循先撐后挖的原則，開挖至設計深度后，應及時架設下一道支撐，減少開挖面無支撐暴露時間，確保基坑圍護結構的安全穩定。

(2) 基坑開挖期間，周邊地表沉降變化較小，遠小于報警值(±35 mm)；受分流車道上車輛荷載作用的影響，基坑北側的地表沉降比南側大。

(3) 基坑內降水應按照設計降水方案有序進行，嚴禁突降、過降。受當地氣候的影響，基坑開挖中坑外地下水位下降量局部超出報警值。但總體上水位變化較平穩，未給基坑圍護結構及周邊環境帶來不利影響。

(4) 支撐軸力受基坑開挖深度、支撐數量及間距等影響，開挖深度越大，支撐軸力越大，基坑開挖期間應及時架設支撐，嚴禁超挖和漏撐。

(5) 公常路中山大學深圳校區段下穿改造工程K1+700—780段基坑開挖期間，圍護結構及支撐體系均安全穩定，且基坑開挖未給周邊環境造成不利影響。