軟黏土地區深基坑開挖對周邊環境的影響實測分析

喻春華

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

21世紀以來，在用地愈發緊張的城市中心進行地下空間的開發和利用已成為一種必然，而地下空間的建設都不可避免地遇到深基坑工程[1-2]。與此同時，由此引發的環境效應問題也在日益增多，尤其對于軟黏土地區的深基坑而言，由于軟黏土低強度、高觸變性、高壓縮性、低滲透性和結構性等工程特性，開挖過程中極易造成周圍地表的沉陷，造成鄰近建筑墻體的開裂、傾斜及周邊道路以及地下管線的開裂等，影響到人們的正常學習和生活，嚴重時甚至會影響到居民的人身安全[3-4]。因此，地下空間的開發過程中，有必要就軟黏土中深基坑開挖對周邊環境的影響進行研究。

本文以上海典型軟黏土地區某深基坑開挖為例，詳細監測了施工過程中的地表、圍護結構及鄰近建（構）筑物等變形特性，并基于實測結果提出了軟黏土地區深基坑開挖施工過程中變形控制措施。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

本工程場地東至共和新路，西至東方明珠公寓，南至大寧路，北至上海馬戲城。場地內建設2棟99.9 m高辦公塔樓T1、T2和7層高40 m商業裙房，總建筑面積346 733 m2，其中，地上建筑面積177 512 m2，地下建筑面積169 221 m2。

基坑位于鬧市區，周邊環境復雜，面積約4.22萬 m2，開挖深度主要為23.9～24.6 m。東側鄰近軌道交通1號線運營區間隧道，設2層地下室，隧道結構外邊線距離本項目基坑地下連續墻邊僅7.5 m；其余區域為4層地下室，西側及南側有大量多層居民樓，大多建造年代較久，采用淺基礎磚混結構，樓板多采用預制多孔板，結構構造薄弱，整體性差，居民樓與本項目基坑最小距離10 m，基坑平面布置如圖1所示。整體而言，基坑開挖平面尺寸大、深度深，平面性狀不規則且鄰近周邊建（構）筑物，施工難度大。

圖1 基坑平面布置及主要監測點布置

1.2 工程地質條件

場地屬濱海平原型正常沉積區，受沉積環境影響，地表下30.0 m深度段地基土層分布基本穩定，30.0～75.0 m深度段地基土層變化較大；場地地下水類型有淺部土層中的潛水和深部土層（第⑦層、第⑨層）中的承壓水，本工程第一承壓含水層頂板埋深最淺為29.10 m（相應標高－25.75 m），第一承壓水位埋深為2.90 m左右（相應標高0.66 m左右）；第二承壓含水層頂板埋深最淺為53.20 m（相應標高－50.42 m），第二承壓水位埋深為7.80 m左右（相應標高－4.64 m左右）。

2 基坑支護方案及施工工況

2.1 基坑支護方案

本基坑工程總體分12個區明挖順作施工，如圖1所示，分別為1區、2-1區、2-2區、3-1區、3-2區、4-1區、4-2區、4-3區、5區、6區、7區、8區。其中，1區—4-3區為地下4層結構。地下4層外圍采用厚1.2 m地下連續墻作為地下室永久結構的一部分，深度49.6～54.6 m；地下4層各分區交界處臨時隔斷采用厚1 m地下連續墻，深度46.6～49.6 m；5區—8區為地下2層結構，外圍采用深28 m地下連續墻，部分地下連續墻區域采用三軸攪拌樁進行槽壁加固，各分區支撐形式如表1所示。

表1 各分區支撐形式

2.2 施工工況

針對該基坑工程的特殊地理位置條件，為減小超深基坑開挖變形及降承壓水產生的地面沉降，保護鄰近地鐵及周邊設施，基坑設為12個分區，采用明挖順作分區開挖，開挖順序安排如下：先開挖1區；待1區底板澆筑并達到強度要求后，開挖2-1區和2-2區；待1區出±0 m，且2-1區和2-2區底板澆筑并達到強度要求后，開挖3-1區和3-2區；待2-2區出±0 m，且3-1區和3-2區底板澆筑并達到強度要求后，開挖4-1區和4-2區；待4-2區底板澆筑并達到強度要求后，開挖4-3區；待2-1區出±0 m后，開挖5區；待3-1區出±0 m，且5區底板澆筑并達到強度要求后，開挖6區；待3-1區及4-1區出±0 m，且6區底板澆筑并達到強度要求后，開挖7區；待4-1區出±0 m，且7區底板澆筑并達到強度要求后，開挖8區。

3 監測內容

為研究軟黏土地區深基坑開挖對周邊環境的影響情況，紅線范圍內外均設置了多個監測項目，用于監測基坑施工過程中水位變化、支護結構及周邊建（構）筑物的變形特性等。本工程設有4層地下室（近地鐵側為地下2層），因項目東鄰軌道交通1號線，西側、南側均為淺基礎住宅，針對以上特殊保護要求，基坑分區及監測點分布如圖1所示，具體包括圍護墻體及坑外土體深層水平位移、坑外地表沉降、周邊建（構）筑物沉降以及坑內外水位變化等監測內容。

4 監測結果分析

4.1 圍護體深層側向位移監測

圍護結構側向位移是引起周圍建筑物、道路、地下管線等變形的主要原因之一，通過對圍護結構側向位移監測，可以掌握圍護結構的整體穩定與安全，墻體深層側向位移也反映了墻身的受力情況，故該項監測于墻體自身也是必需的[5]。整個基坑施工過程中，監測設備采用國產CX-3型土體測斜儀，共布設122個圍護體測斜點，編號CX1—CX122，孔深28～47 m，如圖1所示。其中，4-2區離東方明珠公寓最近，累積變形量最大，開挖期間墻體測斜水平位移累積最大變化點為CX88，各層土方開挖時深層水平位移變化情況如圖2所示。

從圖2可以看出：隨著開挖深度的增加，土體水平位移逐漸增大，且各階段曲線變化規律近似呈“弓形”，各曲線水平位移最大值位置逐漸下降，且在底板完成后的－24 m位置，累積變化位移量達最大值44.7 mm。4-2區開挖期間，旁邊4-3區正在開挖施工，由于底板的澆筑時間較長，從第7層土方開挖到大底板完成，圍護體側向位移在該時段內最大增長了23.3 mm，說明上海軟土的流變性質對基坑變形的發展影響很大，應盡可能地減少基坑無支撐暴露時間。

4.2 坑外地表沉降

由于坑內卸載、圍護變形、圍護滲漏水、水位變化、坑底隆起等因素均可能導致坑外地表沉降，為反映基坑施工對坑外地表變形的影響程度，在基坑四周設置10組地表沉降監測斷面，編號M1—M10，每組布設12個測點，測點間距為5 m，如圖1所示。

結合各監測斷面沉降量數據，其中M6斷面在4-1區開挖期間沉降量最大。圖3為4-1區開挖期間，監測斷面M6各個監測點地表累積沉降情況，從圖中可以看出，各監測點沉降量隨著開挖深度的增大而增大，最大沉降量為大底板澆筑完成后，距基坑邊緣距離30 m，約1.25倍的基坑開挖深度位置，下沉32.9 mm；且沉降量隨著距基坑距離的增加先由小變大，再由大變小，地表沉降影響范圍可達基坑邊緣60 m，約2.5倍的基坑開挖深度。

4.3 開挖過程水位變化

隨著基坑土方的開挖及坑內水位的降低，基坑外水位也隨之受到影響。為研究基坑開挖過程中坑外水位變化特性及對周邊環境的影響，在基坑內采取降水措施的同時，在坑外布設66個地下潛水位監測點，孔深28 m，編號W1—W66；20個地下承壓水水位監測點，孔深66 m，編號CW1—CW20，孔徑均為650 mm，井管過濾器內層為圓孔過濾器，外包40目（孔徑375 μm）濾網，點位布置如圖1所示。其中，4-2區土方開挖過程中，坑外監測點水位隨時間變化曲線如圖4所示，從圖4中可以看出：由于潛水位受降雨等影響較大，潛水位在基坑開挖區間變化較大，而地下連續墻與攪拌樁有很好的隔水作用，承壓水位相對變化較小。

圖4 坑外水位變化曲線

4.4 周邊居民樓沉降觀測

對基坑周邊居民樓進行沉降觀測，結合現場房屋裂縫產生情況，能直觀反映基坑開挖對周邊建筑物的影響情況，場地西側、南側鄰近東方明珠公寓住宅小區，該小區建造年代久遠，為淺基礎住宅，基坑開挖過程中，易造成房屋沉降。整個基坑開挖施工過程中，設置建筑垂直位移監測點共計106點，編號F1—F106，如圖1所示。其中，505弄16號樓鄰近基坑，下降最明顯，該棟居民樓各監測點沉降情況如圖5所示，其中，F39監測點累積下沉231.7 mm，從各房屋與基坑距離，結合各房屋監測數據可看出，周邊房屋沉降會隨深基坑開挖深度逐漸增大，累積沉降量也在不斷增大，且離基坑越近的監測點位，其沉降速率越大，累積沉降量也越大。

圖5 505弄16號樓沉降觀測情況

5 結語

通過對上海某深基坑項目進行監測分析，分析了基坑開挖對周邊建（構）筑物、周邊土體及水位等的影響規律，得到以下結論，并提出相應控制措施：

1）圍護體及土體的最大位移隨著開挖深度的增大而增大，最大位移點隨著開挖深度逐步下移，曲線變化規律近似呈“弓形”，開挖對圍護體及土體的影響深度約為1.4倍開挖深度，且無支撐暴露時間越長，位移變化量越大，應及時完成大底板的澆搗。

2）周邊建筑物沉降隨開挖深度的增大而增大，距基坑越近，沉降速率越大，且無支撐暴露時間越長，房屋下降越明顯。開挖過程中應及時觀察周邊房屋裂縫產生情況，支撐拆除完成后及時完成結構施工，優化施工工序，減少無支撐暴露時間，并加強與周邊居委的溝通，進行必要的撫慰工作。

3）水位觀測過程中，應結合現場巡視地下連續墻漏水情況，發現水位變化較快時，應加強地下連續墻滲漏情況的巡視工作，發現滲漏點時及時采取堵漏措施，以防滲漏引起的坑外水位變化造成周邊建（構）筑物的不均勻沉降。