軟土地區基坑監測及變形控制分析

夏雪蓮

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司,廣東 中山 528403）

1 引言

在珠三角沿海地區,軟土分布較廣,淤泥層厚度一般為10 m～50 m,由于淤泥質土本身含水率較高（一般為40%～85%）,呈現出低抗剪強度、高壓縮性、低滲透性、低承載力、未完成自重固結的特點,對基坑開挖工程帶來嚴峻的挑戰。

鑒于此,目前已有學者對軟土地區深基坑開挖的施工技術及監測數據進行了基于實際工程的可靠分析,得出了相應的結論。郭博瀚[1]以珠江三角洲水資源配置工程為背景,研究基坑變形的時空效應,證明該工程基坑支護結構設計合理,為相關工程提供參考。孟小偉[2]以某車站深基坑為研究背景,結合工程實際對影響地面沉降的因素進行分析,從時間和空間效應上解釋了沉降變化原因,提出了相應控制沉降措施。江杰[3]等對南寧市某基坑支護樁深層水平位移、地表沉降、環梁支撐軸力、建筑物沉降等監測數據進行分析。葉任寒[4]等結合溫州東海廣場深基坑開挖工程,分析了基坑開挖對周邊建筑物沉降、道路裂縫、土體深層水平位移、內支撐軸力及地下水位的影響。

本文以珠三角地區某水利工程為背景,對該基坑施工過程中現場實測的數據進行分析,針對圍護結構測斜、維護結構豎向位移、基坑周圍地面沉降、結構內支撐軸力監測數據開展研究,對本工程開挖期間結構數據變化提出相應解釋。

2 背景概況

本基坑工程開挖主體軸線長為450.00 m,整體由西往東分為了三段,開挖寬度25.00 m,凈寬23.55 m,開挖深度25.00 m。基坑結構支撐采用鋼筋砼支撐和鋼支撐進行混合支撐,沿開挖方向第一層設置砼支撐,其余四道采用鋼支撐。

根據基坑位置的鉆孔揭露,施工現場自上而下第1 層為填土,第2 層為淤泥質土,均為第四系沉積層。基坑開挖深度為25.00 m,坑底處于粉質黏土層,圍護結構墻趾端處于灰色質黏土層。

基坑所在位置地下水主要有淺層潛水及處于深層的承壓水,潛水受自然降雨及溫度影響,5 m 深以下地下水受溫度影響較小,水溫穩定在15℃～17℃。

3 監測布設及結果分析

3.1 監測點設置

本基坑工程主要監測內容有圍護結構測斜（CX）監測；圍護結構豎向位移（D）監測；開挖基坑周圍地面沉降（DC）監測；結構內支撐軸力變化（ZL）監測。基坑施工現場監測點布設見圖1。

圖1 基坑施工現場監測點布設圖

3.2 監測數據分析

3.2.1 測斜數據分析

選取CX4 和CX9 測斜實測數據結合基坑開挖施工進度展開分析。基坑施工測斜監測結果見圖2,測斜位移為正,則朝向基坑內部；測斜位移為負,則朝向基坑外側。

圖2 基坑施工測斜監測數據圖

測斜點安置部位貼近墻面,實測數據反應地下連續墻在開挖過程的實時位移情況。從圖2 可以看出,隨著開挖深度加深,地下連續墻水平位移變化呈現出了先大后小的規律。從初始開挖階段至最終底板施工完成,水平位移量隨著開挖深度的加深不斷再變大,測點CX4 最大水平位移為55.40 mm,處于深度18.10 m 處；測點CX9 最大水平位移為19.10 mm,處于深度13.00 m 處。

由圖2 a 可知,開挖至14.0 m 之前最大水平位移所在深度較開挖至14.0 m 后最大水平位移所在深度淺。測點CX4在不同開挖過程,基坑水平位移達到最大值后逐漸減小,然而當開挖至14.0 m 之后,基坑測斜數據達到最大值后并未減小至0 位移附近,這與圖2 b 中CX9 測點的數據相吻合。測點CX9 最大水平位移量所在深度均在15.0 m～20.0 m 之間,這可能是由于施工開挖對不同測點分布位置影響不同造成的。

3.2.2 豎向位移數據分析

圍護結構豎向位移隨開挖進程變化數據見圖3。隨開挖施工進展,圍護結構豎向位移最終達到23 mm,且在開挖施工前期即第三道支撐完成前,維護結構位移發展呈現不穩定下降的趨勢,表現出隨著時間的發展波動較大,可能是由于開挖深度較淺,基坑主體受施工影響較大。從圖中還可以看出,第三道支撐完成后,圍護結構整體下沉較大,經過對比土層分布得知對應底層為淤泥質土層,因此在開挖中需針對沉降較大的問題采取防護措施。

圖3 圍護結構豎向位移監測數據圖

3.2.3 地面沉降監測數據分析

基坑項目現場周圍地面沉降監測數據見圖4,圖中所示為開挖過程距基坑距離與地面沉降的對應關系。隨各層內支撐施工完成,不同施工階段對應的地面沉降有逐漸加大的規律。整體地面沉降表現出臨近基坑和遠離基坑處沉降小,距基坑15 m～18 m 處沉降最大的特征,最大沉降量約30.10 mm。從圖中數據分布可以看出,遠離基坑達到40.0 m 及更遠地面沉降影響減小,底板施工完成后最大沉降僅12.0 mm。在第四道支撐及底板施工完成后,地面沉降明顯增大,由于此處開挖層為淤泥質土層,導致開挖期間出現較大沉降波動,因此開挖過程需注意不同深度土層變化,采取防護措施。

圖4 基坑周圍地面沉降監測數據圖

3.2.4 支撐軸力監測數據分析

基坑開挖過程ZL1 支撐1～5 層支撐軸力監測數據見圖5。從圖中可以看出,ZL1-1 砼支撐軸力數據波動明顯,施工周期超過30d 后波動有所收斂,一方面是由于支撐靠近地面,另一方面施工初期結構還不夠穩固,對支撐擾動較大。不同支撐在施工期間其軸力會有明顯躍動現象,尤其ZL1-4、ZL1-5鋼支撐在施工最后階段軸力值躍升顯著。實測數據還表明,支撐埋深不同并非是影響軸力的最主要的原因,施工最后階段ZL1-3、ZL1-4 和ZL1-5 支撐軸力明顯高于其余支撐,且ZL1-3 支撐在施工期間始終保持高軸力值。因此基坑開挖過程有必要對支撐軸力進行實時監測,預防軸力突變。

4 結論

結合本基坑開挖項目,針對現場實測數據分析開挖過程地下連續墻變形、結構豎向位移、基坑周圍地面沉降及結構支撐軸力變化規律,得出主要結論如下：

（1）地下連續墻不同位置受施工影響程度不同,水平位移量有顯著差別,總體表現為隨開挖深度加深位移先增大后減小,最大水平位移量一般出現在基坑中部。

（2）第三道支撐完成后,圍護結構豎向位移明顯增大,圍護結構豎向位移受地層影響明顯,開挖過程需注意不同深度土層變化,避免施工過程位移過大造成進展困難。

（3）基坑周圍地面沉降量隨距離呈現先增大后減小的特征,距基坑15 m～18 m 處地面沉降達到最大值約30.10 mm。開挖過程需注意不同深度土層變化,避免造成沉降變化過大。

（4）不同層支撐軸力無明顯規律,第一層支撐軸力波動最明顯,施工最后階段ZL1-3、ZL1-4 和ZL1-5 支撐軸力明顯高于其余支撐,且ZL1-3 支撐在施工期間始終保持高軸力值。

綜上,基坑工程雖然復雜,但通過細致的監測,均可發現一定的規律,結果可為更多類似軟土地區基坑開挖項目提供有價值的參考。