水泥土重力式挡墙在基坑围护中的变形特性研究

李俊俊

(长江大学城市建设学院，湖北 荆州 434023；武汉市汉阳区建筑管理站，湖北 武汉 430050)

汪中林，程成,肖桃李

(长江大学城市建设学院，湖北 荆州 434023)

水泥土重力式挡墙在基坑围护中的变形特性研究

李俊俊

(长江大学城市建设学院，湖北 荆州 434023；武汉市汉阳区建筑管理站，湖北 武汉 430050)

汪中林，程成,肖桃李

(长江大学城市建设学院，湖北 荆州 434023)

重力式挡墙支护结构是以自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，是目前国内比较常见的一种支护形式。为研究水泥土重力式挡墙在基坑围护中的变形特性，针对湖北某水泥土重力式挡墙支护结构基坑工程，通过现场取土样进行室内研究，优化设计方案，并结合施工现场监测技术，对监测数据进行研究。重点分析基坑支护结构位移及地表沉降的变化情况，探讨基坑变形规律。结果表明，各项监测数据均在设计预警值内；重力式挡墙支护结构对临近建筑物及道路沉降具有良好的控制作用；室内试验研究能为基坑支护设计进行优化；监测数据可为基坑开挖提供参考与指导，有效保证基坑施工安全。该研究结果可为类似基坑工程提供参考与指导。

基坑工程；重力式挡墙；监测；变形

近年来，基坑工程的规模不断扩大、开挖不断加深、施工空间更加狭窄，基坑开挖对支护结构的要求越来越高，既要保证施工的安全进行，又要保证周边环境不受损害，所以要求对支护结构的变形动态及时掌握，提前预测，做好防范准备，才能确保工程的顺利进行。要掌握支护结构变形的实时动态，就必须在土方开挖过程中通过基坑监测来实施。郑越、杜娅妮等[1，2]通过沉降观测、位移监测、锚杆拉力监测等数据，反映周边建筑物及其配套设施在整个区域内变形的情况，为安全施工提供重要参数；刘港[3]介绍了监测项目和测点布置、采样频率及时间、监测警戒值、监测实施方案、工程措施建议等相关内容，论证了工程项目施工前的岩土工程监测分析的必要性；丁智、王晓强等[4，5]通过对支护结构深层水平位移、钢支撑轴力、地表沉降和地下水位等监测数据进行分析，得出了一些有价值的结论与监测建议。李四维[6]以北京地区某地铁深基坑工程为研究对象，根据施工过程的监测结果，分析该基坑在开挖过程中围护桩体和桩顶的位移、钢支撑轴力及基坑周围土体地表沉降的变化；苏建锋[7]以天津某深基坑工程为背景，对基坑现场监测数据进行了研究，重点分析了基坑的桩体深层水平位移、立柱竖向位移及地下水位的变化情况；顾刚[8]在珠海某工程基坑开挖过程中，通过测斜数据出现报警，反映基坑顶部不断向内收缩，并指出钢支撑预加力不足是导致地下连续墙水平位移的关键因素，针对该具体问题提出了处理措施。由于各地区各种土质条件及环境因素不同，诸多学者对不同类型的深基坑进行了研究。就目前而言，关于湖北地区深基坑监测研究较少。为此，笔者针对湖北某深基坑工程，运用基坑监测的手段，对重力式挡墙支护结构进行现场监测，对监测数据进行了研究。

1 工程概况和地质条件

图1 基坑环境位置图

该工程项目由一栋19层、3层和5层连体还迁楼及整体地下室组成，总建筑面积约为12191m2，地下室面积3850m2。正负零设计标高为32.8m，自然地面标高为32.2m。基坑支护结构采用水泥土重力式挡墙，开挖深度为5.7～6.4m。

基坑南侧开挖边线距离地下管网线仅6.5m；北侧为8层天然地基居民楼，最近处距基坑内壁线仅8.3m；基坑东侧为3栋废弃2层砖房，西侧北段为某酒店3层砼房、南段为酒店4层砼房，最近距基坑内壁线约10m，周边环境情况如图1所示。

基坑侧壁土层填土结构松散、坑壁有粉砂颗粒，易受地下水影响形成流土，从而影响坑壁稳定性。场地地下水类型主要为上层滞水及承压水，上层滞水静止水位深度在地表下约0.5～1m，孔隙承压水静止水位深度约为4.5m。

2 室内试验研究

根据该工程勘察报告，基坑开挖深度范围内土层主要为杂填土、粉质粘土夹粉土、淤泥质粉质粘土和粉砂夹粘性土。对施工现场粉质粘土和淤泥质粉质粘土进行取样，在室内做成70.7×70.7×70.7标准试块进行水泥土无侧限抗压强度试验。试验数据如表1所示。

表1 水泥土试块无侧限抗压强度测定值

通过对不同土质水泥土进行室内试验，发现在标准养护条件下，水泥土试块最佳水泥掺量为20%，且在一定龄期范围内其强度随着龄期的增长逐渐增大。根据室内试验结果，该工程深基坑支护结构选取水泥土重力式挡墙结构，理论上能够有效的控制深基坑的变形及周边环境的稳定。

3 施工监测及信息反馈

为保证本基坑在开挖施工期间的正常有效运营，确保周边交通要道的安全使用以及周边建(构)筑物的安全，加强基坑施工现场监测，掌握基坑支护动态、了解支护结构的作用效果显得尤为重要。为确保基坑施工的顺利进行，在基坑开挖期间进行了围护墙顶水平位移和竖向位移、围护墙身深层水平位移、周边建筑物竖向位移及临近道路竖向位移等监测工作。

3.1 支护结构水平位移及竖向位移

2015年7月15日在支护结构顶部布设共13个水平及竖向位移共同观测点，7月22日取得水平及竖向位移观测点初始值。在2015年7月22日至2015年9月20日期间共进行了25次水平及竖向位移的测量，具体监测结果如图2和图3所示。在观测期间，围护墙顶最大水平位移位于基坑东侧中部S8号点，因为在土方开挖过程中，采用的是非对称开挖，先进行基坑北侧开挖，再进行南侧开挖，导致水土压力不平衡，位移较大。但基坑支护结构在基坑开挖阶段作用效果较好，所有观测点水平位移及竖向位移变化速率、累计位移量均未超过预警值，基坑安全。

图2 支护结构顶部水平位移 图3 支护结构顶部竖向位移

3.2 深层水平位移

表2 深层水平位移统计

基坑开挖过程中，在支护结构外侧水土压力共同作用下，围护墙体发生侧向变形，影响基坑工程的安全施工。通过对埋设在支护墙体中的测斜管进行深层水平位移监测，了解随基坑开挖深度的增大，支护墙体在不同深度水平位移变化情况，由此判断支护结构作用效果，为进一步施工提供参考和指导。该基坑共埋设6根测斜管，编号为CX1～CX6，在基坑开挖至土方回填阶段，共计监测30次，期间围护墙体水平位移最大值及所在位置如表2所示。

从表2中可以看出，围护墙体均向基坑内侧发生位移，最大位移约15mm，其中CX1和CX6最大位移均位于围护墙顶部附近，其他4根测斜管变形最大位置均位于围护墙顶下约一半开挖深度的位置。根据6根测斜管现场监测成果绘制出桩体变形随开挖深度变化的曲线，选取了具有代表性的 CX1(基坑西侧中部)和CX5(基坑东侧中部) 监测点曲线进行分析，如图4和图5所示。

图4 CX1深层水平位移 图5 CX5深层水平位移

通过与监测项目桩顶水平位移监测数据对比，发现桩体水平位移最大累计变形量与桩顶水平位移变形值基本一致。从图4和图5可以看出，CX1和CX5处桩体均表现出桩顶水平位移较大，但CX1处桩体桩顶变形位置基本位于开挖深度之上，而CX5处桩桩顶变形最大，自桩顶至桩底附近均有表现；CX1和CX5处桩体水平位移趋势均随着开挖深度的增加而不断增大。而其他4根测斜管整体变形较小，表明该段支护结构作用效果较好。

3.3 周边建筑物及道路沉降

为确保基坑周边地上地下各项设施的有效运转和安全使用，对基坑周边建筑物及道路有必要进行沉降观测。该项目沉降观测共计布设70个监测点。在基坑开挖阶段70个监测点沉降较小，沉降变化速率及累计沉降量均未超过预警值，表明在开挖过程中周边建筑物及道路安全，基坑支护结构作用效果较好。

4 结论

针对某复杂环境下的深基坑工程，通过岩土工程勘察及现场取样研究，选取水泥土重力式挡墙支护结构，在土方开挖施工过程中结合基坑监测技术，动态掌握基坑变形规律，得到以下结论：

1)整个基坑监测项目，围护墙体顶部水平位移和竖向位移、围护墙体深层水平位移、周边建筑物与道路沉降均在可控范围内，远低于监测报警值和控制值，验证了设计与施工的合理性。

2)对于周边环境复杂、开挖深度不深的基坑，采取重力式挡墙的支护形式，对周边建筑物及道路沉降具有很好的保障作用。

3)在土方开挖过程中，采用非对称开挖的方式，应当重点监测位于开挖交界处的支护结构部位，并加强该部位的监测频率。

4)通过现场取土样进行室内试验，可为深基坑支护设计进行优化。

[1]杜娅妮.某商业楼深基坑工程监测与数据分析[J].施工技术,2016(13):59，63～66.

[2]刘港.广州轨道交通7号线一期工程基坑监测分析[J].施工技术,2014(S2):5～9.

[3]郑越, 段红志.地下基坑及周边建筑监测实例分析[J].测绘通报,2014(S2):77～81.

[4]丁智,王达,虞兴福,等.杭州地铁新塘路、景芳路交叉口工程深基坑监测分析[J].岩土工程学报,2013(S2):445～451.

[5]王晓强, 张东晓.某地铁深基坑监测实例分析[J].四川建筑科学研究,2013(4):149～151.

[6]李四维, 高华东, 杨铁灯.深基坑开挖现场监测与数值模拟分析[J].岩土工程学报,2011(S1):291～298.

[7]苏建锋, 张东涛.天津某深基坑现场监测实例分析[J].施工技术,2015(S2):128～130.

[8]顾刚, 牛犇.珠海某基坑施工监测结果分析及处理措施[J].施工技术,2016(21):103～106.

[编辑] 计飞翔

2016-11-10

湖北省自然科学基金项目(2015CFB667)；湖北省教育厅科学技术研究项目(Q20141307)。

李俊俊(1989-)，男，硕士生，现主要从事建设工程质量管理方面的研究工作。

汪中林(1991-)，男，硕士生，现主要从事地下工程方面的研究工作，504612798@qq.com。

TU470

A

1673-1409(2017)01-0067-04

[引著格式]李俊俊,汪中林，程成,等.水泥土重力式挡墙在基坑围护中的变形特性研究[J].长江大学学报(自科版)，2017,14(1)：67～70.