軟基某深基坑監測分析與研究

陳金輝

（上海海洋地質勘察設計有限公司，上海）

引言

軟土主要包括淤泥、淤泥質土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土，由軟土組成的地基即軟土地基。由于軟土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高及抗剪強度低等特點，基坑土方開挖后圍護結構在外側水土作用下極易向坑內位移，引起坑外市政管線及建構筑物的沉降，基坑底板澆筑完成后坑外環境變形仍會持續，軟土具有較強的流變特性[1-4]，一旦被擾動后將需要較長的時間完成應力調整，對坑周環境的安全是極為不利的，因此在基坑土方開挖施工過程中及底板澆筑完成一段時間內均應實施監測工作，確保圍護結構及周邊環境的安全，尤其圍護結構的變形控制[5]，變形量的大小決定了基坑本體及周邊環境的變形量。本文對上海地區某深基坑施工監測成果進行了全面分析及研究，旨在為類似工程安全施工提供一定的借鑒經驗。

1 工程概況

1.1 工程概況

某深基坑平面尺寸為8 m×4 m，開挖深度11.5 m，采用灌注樁圍護結構，灌注樁樁長25 m；樁外設置雙排高壓旋噴樁作為止水帷幕。基坑沿豎向設置3 道型鋼支撐。

1.2 地質條件

1.2.1 地基土構成

場地地基土構成見表1。

表1 場地地基土構成

1.2.2 承壓水

場地分布的承壓水為③t、⑤2層微承壓水及⑦層承壓水，對于⑦層埋深較大，根據最不利條件初步估算，以⑦層層面最淺埋深30.60 m，微承壓水水頭埋深3.0 m，發生水土突涌的臨界開挖深度約為14.50 m，故本基坑不存在承壓水突涌風險。

1.3 周邊環境

考慮到場地地質條件以軟土為主，監測工作實施前對基坑周圍3 倍范圍內的環境做了詳細調查，基坑周邊主要分布有1 層混凝土結構建筑物、河道橋梁、河道防汛墻、給水及信息管線。其中1 層廠房建筑位于基坑北側，與基坑凈距約12.24 m；橋梁位于基坑東南側，與基坑凈距約11.62 m；河道防汛墻位于基坑東側，與基坑凈距僅1.72 m；￠500 給水管位于基坑南側，與基坑凈距約6.7 m。

2 監測點布置

本基坑開挖深度為11.5 m，安全等級為二級，環境保護等級為二級，綜合基坑安全等級及環境保護等級判定本基坑的監測等級為二級，監測點布置根據基坑監測等級進行設置。

本基坑設置了灌注樁深層水平位移、圍護頂部豎向及水平位移、支撐軸力、坑外地下水水位、坑外地表豎向位移、周邊管線及建構筑物豎向位移等監測項目，各監測項目之間形成監測斷面，以綜合分析監測數據之間的關聯及成果的準確性與可靠性。

基坑本體監測點布置見圖1。

圖1 基坑本體監測點布置

3 監測成果及分析

3.1 灌注樁深層水平位移監測

灌注樁圍護具有剛度大、施工影響小等優點，特別適用于開挖深度在15 m 以下的深基坑。基坑土方開挖后，灌注樁兩側明顯壓力差，在坑外水土荷載共同作用下灌注樁逐漸向坑內位移，由于本基坑平面尺寸小，空間效應的影響較小，鋼支撐的安裝速度較快，大大削弱了基坑暴露引起的時間效應，加之灌注樁自身具有較大的剛度，土方開挖過程中引起的圍護結構變形總體不大，底板澆筑完成后灌注樁最大深層水平位移僅14.02 mm，遠小于類似深度的深基坑變形量。基坑底板澆筑后，隨著混凝土強度的快速增長，底板自身的板撐作用發揮明顯，快速抑制了灌注樁向坑內的位移；支撐拆除過程中，坑內外應力平衡再次改變，灌注樁向坑內產生了少量位移，監測末期灌注樁向坑內的水平位移已收斂。各工況P2 孔深層水平位移曲線見圖2，監測末期各測孔最大累計位移量見表2。

圖2 各工況P02 深層水平位移曲線

表2 監測末期圍護結構深層水平位移統計

可以看出，各工況下基坑長邊的灌注樁深層水平位移較短邊要大，主要因為基坑平面尺寸小，在坑周相同荷載作用下長邊更易產生水平位移。監測末期各測孔的最大水平位移均位于坑底以上部位，主要與坑底高壓旋噴加固有關，坑底滿堂加固后有效提高了被動區水平抗力，基坑開挖到底后圍護結構的最大位移量相應發生在未進行加固的坑底以上部位，可見坑底加固對減小圍護結構的總體變形及變形部位均有調節作用。

3.2 圍護頂部豎向位移監測

基坑土方開挖是坑內卸荷的過程，一般會使圍護隆起，若施工過程中孔底有較厚的沉渣，基坑土方開挖卸荷過程中極易造成圍護結構的沉降，尤其在開挖初期這種沉降相對明顯，當沉降達到一定量值后圍護結構與底部土體形成了相對密貼，沉降可能向隆起轉換，本基坑圍護頂部豎向位移歷時過程曲線見圖3。第二層土方開挖過程中，圍護頂部持續下沉，主要有兩個原因，一是樁底沉渣引起的樁身下沉，二是坑周作業機械等形成的附加應力在樁周產生了負摩阻力引起樁身下沉，故第二層土方開挖過程中圍護頂部沉降速率在整個基坑施工期最為明顯；隨著樁底與土體的逐漸密貼，土方開挖引起的樁身沉降速率逐漸減緩，第三層土方圍護頂部豎向位移歷時過程線表現了這種特征；第四層土方開挖過程中圍護頂部表現了少量隆起，該階段樁底已與土體密貼，由于底部卸荷量少，同時坑周附加應力的持續存在，該層土方開挖施工期總體仍表現出向下的豎向位移。結構施工期，樁身承擔了一定的結構荷載，圍護頂部繼續表現了沉降現象，監測末期圍護頂部豎向位移已收斂。監測末期各測點豎向位移累計量見表3。

圖3 圍護頂部隆沉歷時過程曲線

表3 監測末期累計沉降量（mm）

3.3 支撐軸力監測

支撐軸力是基坑監測項目中重要的測項，軸力過大或過小均會影響基坑安全，軸力過大會引起鋼支撐失穩，軸力過小時支撐難以約束圍護結構的側向位移，因此將支撐軸力值控制在合理范圍對確保基坑安全至關重要的。基坑施工期鋼支撐軸力總體呈現增長趨勢，底板達到強度后，其板撐作用開始發揮，各道支撐軸力測值逐漸穩定，第三道支撐拆除后第一、二道支撐與共同承擔外荷，支撐軸力相應增加；結構施工期支撐軸力主要受大氣溫度影響，有一定波動。支撐軸力測值歷時過程曲線見圖4。

圖4 支撐軸力測值歷時過程曲線

3.4 坑外地下水水位監測

基坑土方開挖前采集了地下水位初始標高，由于采集前場地有降雨，采集的水位初始值中包含了非靜止水位，基坑開挖初期孔內水位處于消散期，導致逐日觀測成果中包含了降雨消散引起的水位降落，技術人員對防滲體進行了巡視，未發現圍護滲漏現象，確定了坑外水位降落為初始值采集不合理引起。孔內降雨產生的水位降落至靜止水位后，坑外水位相對穩定，基坑施工期坑外水位有一定起伏，主要與大自然降雨有關。本基坑高壓旋噴樁施工質量良好，有效發揮了防滲帷幕的作用，施工過程中坑外地下水水位較為穩定。

3.5 周邊環境監測

基坑周邊環境監測工作實施貫穿灌注樁圍護施工、高壓旋噴防滲體施工、基坑開挖施工、結構施工全過程，各施工階段坑周市政管線、建構筑物表現出了不同的變形特性，圖5 給出了河道防汛墻豎向位移歷時過程曲線。

圖5 河道防汛墻豎向位移歷時過程曲線

4 結論

（1）平面尺寸較小的軟基深基坑土方開挖量小，支撐安裝便捷，總體施工周期短，時間效應與空間效應小，坑周附加應力及坑內土體疏干效果亦是圍護樁產生水平位移不可忽視的因素。

（2）坑外防滲帷幕的防滲性能是基坑土方開挖安全的重要保障，坑外地下水水位變化觀測成果是防滲性能的直接反應，因此水位測值的采集應確保其準確性與可靠性。

（3）高壓旋噴施工工藝效率高，可快速形成防滲帷幕，但施工產生的擠土效應明顯，周邊市政管線及建構筑物變形明顯，特別在軟基地區超靜孔隙水消散時間長，對環境安全保護較為不利，在城市管線及建構筑物密集區域應慎用，可考慮采用水泥土攪拌樁替代。