软黏土地区深基坑施工监测研究

胡正华，金 瓯，陈成振

(1.温州建设集团公司，浙江 温州 325027;2.浙江大学 岩土工程研究所，杭州 310027)

2008年11月15日，杭州地铁1号线湘湖站基坑在施工过程中突然失稳破坏，同时造成风情大道坍塌成一个长75.0 m、宽21.0 m、深15.5 m的深坑，21人不幸遇难，被业界人士称为“中国地铁修建史上最大的事故”。事故的发生，除了由于施工企业管理不到位，政府有关部门监管不力，基坑设计考虑不全面，现场管理混乱等主观方面的因素之外，软黏土地区特有的水文、地质条件也是一个重要原因。事故发生段土质属于淤泥质黏土并夹有粉土薄层，流失性强、灵敏度高，含水量较大并且受到较大扰动时极易失稳;浅部地下水属潜水类型，静止水位很浅，只在地表以下0.3～2.4 m，补给来源主要为大气降水及地表水。事故发生前，该地段一个撑塌式污水管长期漏水，并且杭州地区持续多日降雨，再加上风情大道车流量较大，以致酿成惨剧。由此可见，不管是由于自然原因或者人为原因，一旦使软黏土地区深基坑施工过程这诸多不利因素达到一个极限状态，就会造成难以挽回的损失。但是，如果在施工过程一直保持合理、高效、有序以及高频率的监测，那么就可以有效避免这种极限状态的发生。

车站是轨道交通系统的枢纽，车站深基坑的开挖是车站建设的重中之重。并且，由于车站人流高度密集，对深基坑的施工提出了更高的要求，这就更加需要对施工过程全方位的监测和控制，以确保在车站基坑开挖、支护以及后续的地面设施建设过程中的安全。

1 工程概况

某车站全长171 m，基坑宽度为16 m，开挖深度15～17 m，属于长度较大的深基坑。基坑主体采用咬合桩围护形式，附属结构采用工法桩围护，基坑支护设置四道钢支撑。

该车站地质条件较为复杂，勘察资料显示:地表以下15 m属于海陆交互相沉积的黏性土，中间夹有一层薄约10 cm的粉土夹层。软黏土的含水率为38%，压缩模量约为1.7 MPa，孔隙比达到0.96，承载力仅为70 kPa左右，而且结构性较强，在较强的扰动下很容易发生失稳破坏。地表以下15 m一直到地下基岩为粉质黏土，透水率较高，具有较强的流变性，对基坑施工作业中的底板防水以及浇注较为不利。

2 软黏土地区深基坑的施工监测

深基坑的施工监测是一个系统工程，一方面它能够为施工的安全提供保障，另一方面它也是基坑工程动态设计和信息化施工中的一个重要环节。

2.1 软黏土地区深基坑施工监测的意义

软黏土地区地铁深基坑施工监测由于软黏土特殊的地质、水文条件和地铁特殊的抗震、低沉陷以及高安全性等要求，表现出比其他深基坑更严格更周密的监测目的和要求。这主要表现在以下几个方面:

1)施工监测必须能够做到全天候，高频率。尤其是在天气不佳，水位上升的时候，含水量过高是软黏土失稳的主要原因。

2)施工监测必须考虑施工机械振动、周围交通荷载等动荷载因素的影响。由于该基坑施工过程中会受到周边道路交通荷载的影响，而软黏土在动荷载作用下的响应比较强烈，因此在施工监测中一定要从水位、孔压等角度高度关注这些动荷载的影响。

3)对软黏土地区这种长度较大、深度较深的基坑，在支撑拆除阶段，必须着重注意监测的合理周密以及施工的科学有序，因为较大的长宽比往往会造成基坑一些地方应力集中现象的发生。

4)通过施工监测收集数据，为软黏土地区深基坑的工程设计、施工及相关规程的制订积累经验。

2.2 软黏土地区深基坑施工监测方案

该工程包括围护施工及基坑开挖两部分，基坑施工周期较长，基坑开挖面积较大。根据围护结构特点、施工方法、场地工程地质、周围道路交通环境及杭州本地气象等条件，针对本工程的施工监测主要设置以下监测项目:①周边地表垂直位移监测(共30个测点);②围护体顶圈梁的垂直和水平位移监测(共10个测点);③围护墙体侧向位移监测(共10个测点);④支撑轴力监测(共26个测点);⑤坑外水位监测(共6个测点，孔深约20 m);⑥周围土体的孔隙比、含水率的监测(共10个点);⑦土压力的监测;⑧基坑内外观察。

其中，周边地表垂直位移监测主要在2倍基坑开挖深度范围内布点，并且同时对基坑东南约50 m的一条道路和北部的一所小学教学楼、操场、围墙等进行布点。围护墙体侧向位移监测的部分钻孔深度达到30 m，并且针对土层有夹层的情况设置了几个深度为10 m的钻孔。与其他基坑监测不同，坑外水位的监测是本工程监测的一个主要项目之一，同时对基坑西侧的一条小河进行水位测量。周围土体的孔隙比、含水量的监测，根据施工情况以及天气情况定时取点。土压力监测同样也是本工程监测的一个主要内容，通过土压力的监测能够最直观地了解基坑周围土体应力水平的变化。

各监测项目的测点布设位置及密度与工程桩施工的区域、围护结构类型、基坑开挖顺序、被保护对象的位置及特性相匹配。同时参照围护桩位置、附属结构位置、周边环境以及基坑开挖分段长度等参数。与此同时也注重了监测断面的布置，主要为了解土体变形的范围、幅度、方向，对基坑变形信息有一个更加清楚全面的认识。

本工程的监测频率随施工的进程、监测数据的分析以及天气情况动态变化。一般为1 d一测，一周做一次周报。当监测数据出现较大变化，做到1～2 h一测;当施工进度较快时，加大监测频率;当有暴雨、强风等恶劣天气时，加大监测频率。

在报警指标的选择上，本工程按照有关规定以及工程实际情况，尽量选择较小的报警值。比如对维护墙体的侧向位移，报警指标选择1.5 mm/d，并且累积变化量不得超过15 mm。

2.3 监测结果

由于篇幅有限，本文仅取个别有代表性的项目以及代表性的点进行分析。

1)支撑轴力监测 图1为 ZL8(c)、ZL8(d)测点轴力变化曲线。由图1可见，随着基坑的开挖逐渐增大，至4月底基本达到稳定，后由于拆卸相邻支撑的影响又有所增大，但是累计值还处于警戒值范围内。

2)围护桩桩身水平位移(测斜)监测 图2为J01测点的水平位移图，由图2可见桩体位移在刚刚开挖时变化较大，但是1月份之后位移基本已经稳定，位移的变化一直处于警戒范围之内。

图1 ZL8(c)、ZL8(d)测点轴力变化

图2 J01测点的水平位移

3)另外，监测结果的其他项目在施工过程一般处于平稳状态，只有在5月份连续多天降雨，造成坑外水位大幅度升高，土压力出现较大增长的情况。这时，监测单位建议施工单位对坑外采取井点排水的办法进行降水，施工单位采取措施后水位下降，同时土压力以及支撑轴力下降，处理效果良好。

3 软黏土地区深基坑施工监测中的组织控制

施工监测与施工进程能否在空间和时间上成为一个相互监督、相互反馈的整体，做到信息的高效准确传递，很大程度决定于施工监测中的组织控制。在本工程的施工和监测过程中，施工方和监测方共同制订了一套合理有效的组织控制方法，以确定信息的流畅传输以及施工组织的有效进行。本控制方法能够方便沟通设计单位、施工单位以及监测单位，在实际操作中取得满意的结果。

这种组织控制方法如图3所示。

图3 施工监测中的组织控制方法

4 结语

施工监测作为施工安全及环境控制中的一个重要手段，在本文软黏土地区地铁车站深基坑施工过程中圆满完成了对施工的指导任务，确保了基坑工程的安全顺利完工。

本文总结了软黏土地区深基坑施工监测的几个特点，并对其监测项目、要求提出了一些建议，最后给出了一套适合深基坑施工监测的组织控制方法，可为软黏土地区的深基坑施工监测提供参考。

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