復(fù)雜環(huán)境下深大基坑施工變形監(jiān)測(cè)與分析

謝列平，高銳斌

(深圳機(jī)場(chǎng)航空城發(fā)展有限公司,廣東 深圳 518128)

0 引言

城市中心進(jìn)行建筑工程基坑施工時(shí),會(huì)對(duì)周邊建筑、高架橋和地鐵車站產(chǎn)生一定的影響,如果在施工過(guò)程中支護(hù)措施不合理,可能會(huì)釀成工程事故,因此基坑支護(hù)技術(shù)是基坑開(kāi)挖過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。

任曉敏[3]選取濱海地區(qū)地鐵車站深基坑開(kāi)挖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并運(yùn)用Midas GTS NX軟件建立三維數(shù)值模型進(jìn)行分析,結(jié)果表明:樁體深層水平位移-深度變形曲線呈現(xiàn)“弓”形。王錦濤[4]研究花崗巖地區(qū)不同深基坑開(kāi)挖進(jìn)程中地表沉降變形、底部土體隆起變形、深基坑內(nèi)支撐穩(wěn)定性和連續(xù)墻及墻后土體變形的演化規(guī)律,結(jié)果表明地表土體受基坑開(kāi)挖引起的變形規(guī)律呈“拋物線型”。韓旭等[5]采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和離散元耦合的方法,研究了深厚砂土層地區(qū)基坑開(kāi)挖降水變形規(guī)律。王龍[6]、張彥彬[7]針對(duì)軟土地區(qū)填土線型深基坑開(kāi)展有限元模擬,分析了不同圍護(hù)樁插入比以及加固條件下坑底回彈變形和地表沉降的分布規(guī)律。

雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展了一定深基坑的研究工作,但對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下深大基坑研究較少,其受力變形特性尚未明確。因此,本文深圳機(jī)場(chǎng)站前綜合配套保障用房項(xiàng)目基坑支護(hù)工程案例,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的手段,研究復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下深大基坑在開(kāi)挖過(guò)程中的受力和變形特點(diǎn),以便更好地指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)與施工。

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地位置

基坑南、北側(cè)分別為空港二道、空港六道,東西側(cè)為領(lǐng)航六路、領(lǐng)航四路。基坑范圍分布有電力、電信、雨水、給水、污水、燃?xì)獾裙芫€。項(xiàng)目基坑開(kāi)挖面積約26 247.3 m2,支護(hù)周長(zhǎng)約659 m,基坑開(kāi)挖最大深度為8.9 m(見(jiàn)圖1)。

1.2 巖體地層

本工程基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)以素填土、砂質(zhì)粉土、花崗巖,并存在淤泥及砂層等不良地質(zhì)條件。根據(jù)基坑的實(shí)際開(kāi)挖情況,所揭示土層情況如下:

②填砂:白、黃褐色,松散—稍密,主要為石英質(zhì)顆粒,局部含少量貝殼碎屑,黏粒含量約10%～15%,填海造路沖填形成。人工回填砂分選性好,顆粒形狀多樣,呈松散—稍密狀,回填時(shí)間總體10 a以上,已完成自重固結(jié)。巖芯采取率約85%～90%。

⑤強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖(Jx-Qby):褐紅、褐黃、肉紅色,風(fēng)化劇烈,原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞,巖芯呈堅(jiān)硬土狀或土夾碎石狀,浸水后易軟化崩解。該層屬極軟巖,巖體極破碎—破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類。巖芯采取率約80%～90%。

⑥中風(fēng)化混合花崗巖(Jx-Qby):褐黃、灰白色,裂隙發(fā)育,裂隙面鐵染嚴(yán)重,巖芯呈碎塊狀及短柱狀,粒徑2 cm～6 cm,節(jié)長(zhǎng)8 cm～12 cm,巖芯采取率約70%～75%。該層屬軟巖—較硬巖,巖體較破碎—破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ類—Ⅴ類。

1.3 監(jiān)測(cè)方案

為研究基坑開(kāi)挖過(guò)程中的穩(wěn)定性,通過(guò)基坑及四周布設(shè)位移沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、支護(hù)結(jié)構(gòu)位移變形點(diǎn)、基坑地下水位變化規(guī)律來(lái)監(jiān)控。其中在整個(gè)基坑周圍共布設(shè)了基坑周邊點(diǎn)共計(jì)12個(gè),編號(hào)分別為DC1—DC12,其中基坑的東西南北四個(gè)方位均布設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn);道路地下管線位移測(cè)點(diǎn)6個(gè),編號(hào)為GX1—GX6;支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移及豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)34個(gè),編號(hào)分別為WY01—WY34;地下水位監(jiān)控孔8個(gè),編號(hào)分別為SW01—SW08;基坑各測(cè)試點(diǎn)平面布設(shè)圖如圖2所示。

2 基坑及周圍土體變形實(shí)測(cè)結(jié)果分析

2.1 道路及地下管線變化規(guī)律

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周邊道路及地下管線的影響主要變現(xiàn)為沉降變形,通過(guò)對(duì)周邊及地下管線的沉降變形隨時(shí)間變化規(guī)律來(lái)分析基坑開(kāi)挖的穩(wěn)定性。基坑周邊道路累計(jì)沉降如圖3—圖6所示。位移正值表示道路上抬隆起、位移負(fù)值表示道路沉降變形。

由圖3—圖6可知,基坑在開(kāi)挖過(guò)程中,道路沉降隨時(shí)間變化為呈先增大-緩增-陡增的關(guān)系,沉降變形為5 mm～8 mm。在開(kāi)挖開(kāi)始時(shí)位移變形較大,主要是由于剛開(kāi)挖時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)尚未支護(hù),因此變形較為明顯。當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加完成后,基坑開(kāi)挖過(guò)程中的變形顯著減小,當(dāng)開(kāi)挖到下部時(shí),基坑的位移又顯著增大,表明基坑下部土體的開(kāi)挖對(duì)基坑的周邊道路變形影響顯著。其中基坑西側(cè)的道路累計(jì)沉降變形為8 mm,變形最顯著,但未超過(guò)基坑道路沉降變形36 mm,小于預(yù)警值,基坑變形屬于允許變形范圍內(nèi)。

基坑開(kāi)挖對(duì)周邊地下管線的影響也明顯,因此也監(jiān)測(cè)了周邊地下管線的沉降變化規(guī)律,選取了西側(cè)的AB,BC兩段區(qū)域的地下管線的累計(jì)沉降分別如圖7,圖8所示。

由圖7,圖8可知,基坑在開(kāi)挖過(guò)程中,周邊地下關(guān)系沉降隨時(shí)間變化為呈緩增-陡增的關(guān)系,沉降變形為5 mm左右。在開(kāi)挖上部土體時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形顯著較小,當(dāng)開(kāi)挖到下部時(shí),管線的沉降位移又顯著增大,表明基坑下部的開(kāi)挖對(duì)基坑的變形影響顯著。其中GX2變形最顯著,累計(jì)變形達(dá)到5.2 mm,但未超過(guò)基坑道路沉降變形28 mm,小于預(yù)警值,管線沉降屬于允許變形范圍內(nèi),對(duì)既有管線影響不大。

2.2 水位變化規(guī)律分析

分析基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)基坑外地下水位變化規(guī)律,基坑周圍地下水位變化曲線如圖9所示。

由圖9可知,在基坑開(kāi)挖過(guò)程中,各測(cè)點(diǎn)的水位波動(dòng)幅度較大,整體地下水位下降,部分區(qū)域水位上升。其中SW1水位變化較為顯著,累計(jì)變化最大值為900 mm,但均小于預(yù)警值3 500 mm,開(kāi)挖過(guò)程中基坑水位處于預(yù)警范圍內(nèi),降水效果良好。

2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)位移結(jié)果分析

支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移也更全面地反映了基坑支護(hù)后的穩(wěn)定性,支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移和沉降位移變化規(guī)律如圖10,圖11所示。

由圖10可知,在基坑開(kāi)挖過(guò)程中,各支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變化幅度較大,其中變形最為顯著的為WY19,累計(jì)水平位移最大值為4.9 mm,但均小于預(yù)警值48 mm,基坑開(kāi)挖過(guò)程支護(hù)結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定。

由圖11可知,在基坑開(kāi)挖過(guò)程中,各測(cè)點(diǎn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移變化幅度較小,累計(jì)豎向位移最大值僅為0.8 mm,均小于預(yù)警值48 mm,開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移處于穩(wěn)定。因此,基坑開(kāi)挖過(guò)程主要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移影響顯著。

3 結(jié)論及建議

本文基于深圳機(jī)場(chǎng)站前綜合配套保障用房項(xiàng)目基坑支護(hù)工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),研究了在復(fù)雜環(huán)境下深基坑開(kāi)挖對(duì)基坑周圍深層土體位移、地表沉降和周圍構(gòu)筑物的沉降規(guī)律,主要得到以下結(jié)論:

1)道路沉降隨時(shí)間變化為呈先增大-緩增-陡增,基坑下部土體的開(kāi)挖對(duì)道路沉降變形影響顯著,最大沉降為8 mm,道路沉降小于變形閾值。其中既有管線最大沉降達(dá)到5.2 mm,但遠(yuǎn)小于預(yù)警值變形28 mm,對(duì)既有管線影響不大。

2)地下水位累計(jì)變化最大值為900 mm,但均小于預(yù)警值3 500 mm,開(kāi)挖過(guò)程中基坑水位處于預(yù)警范圍內(nèi),降水效果良好。

3)后期加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的軸力監(jiān)測(cè),綜合支護(hù)結(jié)構(gòu)變形與軸力綜合反映基坑開(kāi)挖的穩(wěn)定性。