砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工变形规律分析研究

刘继梅

（泛华建设集团有限公司，北京100070）

砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工变形规律分析研究

刘继梅*

（泛华建设集团有限公司，北京100070）

随着城市人口的不断增多，城市向外扩张的速度越来越快，居民住房及市政设施建设的需求也越来越多。在城市居民住房及市政设施建设过程中，城市居民住房及市政设施建设对周边环境的变形规律要求日趋严格。城市居民住房及市政设施建设过程中，对周边环境产生影响的阶段主要为地基基础施工阶段，其中尤以基坑开挖阶段的影响最大。本文通过对砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工过程中，基坑主体结构自身及周边环境变形规律的分析研究，得出其变形规律，找出变形原因，提出变形控制要素，为后续相似工程施工过程中，基坑及周边环境变形规律控制提供一定的技术指导依据。

砂卵石地层；桩撑支护；明挖基坑；变形规律；分析

1　概述

随着城市人口的不断扩张，城市工民建及市政基础设施建设越来越多。在城市建设过程中，工程自身及其附带的影响也随之增多。近期全国范围内，由于工程建设带来的各类问题层出不穷，造成了人员生命财产的损失，也给社会带来了一些负面影响。

我国城市建设已经持续了近60年，城市建设过程中，基本都能在保证安全的前提下顺利完工，这得益于无数前辈的辛勤汗水和经验，作为新一辈城市建设者，我们需要继承前辈善于总结的良好习惯，发扬前辈勤于分析的优良风格。不断开拓进取，为我国城市建设的顺利进行增砖添瓦。

本文通过对砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工过程中，基坑结构自身及基坑周边环境的变形规律进行分析总结，得出基坑开挖过程中，基坑自身结构与周边环境的相互影响规律，提出相应控制要点，为此后类似工程施工参数控制提供一定的参考依据。

2　工程概况

2.1工程概况

本工程为地铁工程明挖车站，地下两层，自西向东布设。车站总长为228.8m，高为16.4m。车站顶部覆土约3.2～3.95m，标准段基坑开挖深度约为20.55m。

2.2工程地质概况

本工程位于永定河冲洪积扇中下部，第四系沉积主要以河流沉积而成，场地地形较为平坦。地层土质分布情况分述如下：杂填土层①1、卵石填土①2、粉细砂②3、中粗砂②4、圆砾②5、卵石⑤、卵石⑦层及粉细砂⑦2层；结构底板位于卵石⑦层。该工程勘察40.0m深度范围内，实际量测一层地下水，为潜水（二）。含水层主要为卵石⑦层、粉细砂⑦2层，透水性好，水位埋深21.35～22.30m。本层地下水分布连续，渗透系数大，为强透水层。地下水层位于结构底板以下。

2.3明挖基坑施工步骤

（1）基坑开挖深度达20m左右，深度较深，属Ⅰ类深基坑，基坑开挖应谨遵从上至下、分段分层的原则。

（2）施工过程中，首先进行围护结构施工，打设围护桩，并施作桩顶冠梁。

（3）开挖过程中，分层分段开挖，自西向东放坡、拉槽开挖，边开挖边进行桩间网喷混凝土施工，施工过程中注意对桩间土保护，以保证围护桩体的稳定。

（4）土方开挖完成后，及时进行钢腰梁及钢支撑的架设，施工过程中角撑部位注意及时施作抗剪凳，避免钢围檩滑动，造成支撑结构失稳掉落，施工时及时施作支撑结构，以保证基坑结构的稳定。

（5）施工过程中，结合施工步序及阶段及时对周边环境及基坑自身结构进行监测，发现异常情况及时采取措施，保证基坑结构的稳定。

（6）自下而上进行二衬结构施工，施工过程中，根据设计要求进行钢支撑及钢围檩的拆除工作，避免因过早拆除支撑带来的基坑变形过大或失稳现象出现。

（7）待基坑顶板二衬结构及防水完成后，进行基坑回填，恢复路面。

3　监测点布置

根据基坑周边环境风险情况，在其周边设置道路地表及管线沉降监测点；基坑四周布设2排测点，第1排距坑边3m，第2排距坑边5m，点距10m。基坑结构自身设置桩顶水平位移、桩体变形及支撑轴力监测点。桩顶水平位移测点在基坑长边布设3组，分别设在基坑长边的中点，支撑点及2道水平支撑的跨中部位，间距30m，桩体变形及支撑轴力与桩顶水平位移测点对应布设，支撑轴力每组布设3道监测点。

监测点布置图见图1。

图1　监测点布置图

4　道路地表及管线沉降统计分析

4.1基坑周边测点沉降统计

待基坑二衬结构完成，周边测点沉降稳定后，统计了基坑周边65个监测点，基坑周边监测点累计沉降值一般位于1～-18mm，平均沉降约-8.4mm，其中约3%的监测点累计沉降值超出《地铁工程监控量测技术规程》（DB11/490-2007）中要求的-30mm的控制标准［5］，监测点沉降范围分布图见图2所示。

图2　监测点累计沉降值分布图

基坑主测断面沉降槽曲线参见图3。

图3　基坑主测断面沉降槽曲线图

图4　主测断面部位测点沉降时程曲线图

4.2基坑周边测点沉降规律分析

由图2～图4测点变形值统计及沉降规律分析可知：

（1）砂卵石地层明挖基坑施工完成后，其周边测点沉降值大部分位于1～-18mm之间，平均沉降为-8.4mm，个别测点超过控制值，占统计测点总数的3%，砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工期间，对周边地表沉降影响较小。

（2）砂卵石地层明挖基坑施工期间，对周边环境影响范围约20m，与基坑深度基本一致，呈45°角分布。测点的沉降值随其距离基坑的距离增加逐渐减小，呈现出一定的沉降槽特征。

（3）明挖基坑施工过程为分层分步拉槽开挖，开挖至中下部时，对基坑周边扰动较大，造成该部位施工过程中，周边测点沉降速率较大，比例较大。

（4）砂卵石地层明挖基坑施工期间，其周边地表沉降主要发生在基坑开挖期间，基坑结构施工期间其沉降值变化不大。

5　基坑结构自身变形规律统计及分析

基坑开挖过程中，基坑自身结构变形监测与周边地表沉降变形监测结合对应布设，基坑自身变形监测涉及项目为：桩顶水平位移、桩体变形及支撑轴力等。通过基坑自身及周边地表沉降变形规律的结合，可有效分析基坑在开挖过程中受力及变形规律，保证基坑结构的安全。

5.1基坑桩顶及桩体变形规律分析

基坑开挖期间，受成环冠梁约束影响，桩顶水平位移变形值较小，本工程桩顶水平位移变化值约为4mm；施工过程中，桩体变形值随着基坑开挖的影响呈现逐渐增大的趋势，在钢支撑部位受支撑轴力的影响出现一突变，体现出支撑轴力对基坑自身变形的控制作用。典型桩体变形测点监测图如图5所示。

图5　基坑开挖过程桩体变形曲线图

由图5可知，基坑施工过程中，随着开挖深度的不断增加，围护桩结构逐渐向基坑内倾斜，最大变形部位位于基坑二三道撑直间，最大变形值为10mm。在钢支撑架设前，基本呈现冠梁部位大，围护桩根部小的趋势。随着开挖深度的增加，基坑钢支撑结构不断增设，围护桩变形呈现出中间部位大，两端小的趋势，且在钢支撑部位出现变形突变情况，体现出了钢支撑结构对基坑支护体系稳定性的有效作用。

5.2基坑支撑轴力变形规律分析

基坑开挖期间，根据基坑开挖进度，需安装钢围檩及钢支撑，钢支撑安装时，需对其施加轴力，以抵抗基坑围护桩结构向基坑内变形。基坑同一断面三道轴力监测变形值如图6所示。

图6　基坑同一断面支撑轴力值曲线图

图6中，随着基坑施工及钢支撑架设、拆除工作的进行，第一道撑监测周期最长，第二道撑其次，第三道撑监测周期最短。各道轴力监测呈现的规律分析如下：

（1）轴力施加完成后，监测过程中，呈现出先减小后增大的过程，最后趋于稳定，分析其原因为：轴力施加完成后，钢支撑及钢围檩与围护桩结构直接空隙等相互磨合消散，损失一部分轴力，随着开挖的进行，围护桩结构发生向基坑内部的变形，造成钢支撑轴力增大，钢支撑轴力与基坑围护桩承受侧向土压力之间达到平衡后，基坑变形趋于稳定；

（2）第一道撑承受轴力最大，分析其原因为：基坑变形过程中，如不施加任何约束，基坑顶部结构为变形最大区域，承受弯矩较大，施加钢支撑及轴力后，顶部受到约束，围护桩向基坑内部变形在与支撑轴力达到平衡的过程中，使钢支撑轴力受影响较大。

6　结论

本文中，基坑周边地表沉降、桩体变形及支撑轴力监测值选取部位位于同一断面，由上述分析可知：

（1）基坑开挖过程中，地表沉降速率增大、桩体变形加剧及支撑轴力速率增大发生时间基本一致，该时间段基坑进行中下部土方开挖。

（2）基坑开挖过程中，对周边地表沉降影响较小，造成地表的平均沉降值约-8.4mm，沉降主要发生在基坑进行中部及下部土体开挖过程中。

（3）基坑开挖过程中，基坑自身桩体变形值随开挖的进行逐渐增大，最大值处为10mm，主要发生在基坑中下部土体开挖过程中，开挖该部位过程中，应保证钢支撑架设的及时性及支撑轴力架设及时性，在桩体变形最大值处存在变形突变，体现出钢支撑轴力对基坑围护桩结构变形的有效控制。

（4）基坑施工过程中，受围护结构变形影响，支撑轴力增加较大，主要表现为支撑第一道、第二道撑轴力变化较大，第三道撑距离基坑底板较近，轴力变化相对较小。

（5）本文通过总结分析砂卵石地层明挖基坑施工期间周边测点沉降及基坑自身结构变形规律分析和研究，为后续相似砂卵石地层明挖基坑开挖工程中控制要点及关键工序，提出了相应的参考依据。

［1］任文杰.基础工程［M］.中国建材工业出版社，2007.

［2］李静，仝兴华.深基坑支护结构的安全度分析［J］.勘察科学技术，2005（1）.

［3］杜显洲.基坑支护工程的优化设计研究［J］.土工基础，2005 （3）.

［4］徐杨青.深基坑工程设计的优化原理与途径［J］.岩石力学与工程学报，2001（2）.

［5］DB11/490-2007地铁工程监控量测技术规程［S］.

［6］JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程［S］.

［7］GB 50307-2012城市轨道交通岩土工程勘察规范［S］.

［8］陈仲颐，周景星，王洪瑾，等.土力学［M］.北京：清华大学出版社，1994，4.

U443

A

1004-5716（2016）03-0022-04

2015-03-17

2015-03-21

刘继梅（1985-），女（汉族），山西灵丘人，助理工程师，现从事工民建勘察工作。