不同基坑开挖组织方式对深基坑变形的影响

余海兵

（腾达建设集团股份有限公司,上海市 200122）

不同基坑开挖组织方式对深基坑变形的影响

余海兵

（腾达建设集团股份有限公司,上海市 200122）

在软土基坑工程中,时空效应对基坑变形有着重要的影响,如何优化基坑开挖的施工组织,利用时空效应为基坑服务是基坑工程的重要课题。两个基本相同的基坑由于采用了不同的基坑开挖组织方式而使得基坑变形差异较大,从时空效应的角度分析了基坑无支撑暴露时间和有支撑暴露时间对变形的影响,为后续开挖施工组织提供经验。

基坑无支撑暴露开挖组织

0 引言

在基坑工程中影响变形的因素很多,其中基坑的无支撑暴露时间和有支撑暴露时间是影响基坑变形的重要因素。所谓无支撑暴露时间是指基坑侧墙从土体开挖到支撑安装到位的时间,在这个过程中围护体的侧向变形主要取决于土体的弹性变形和由于时间增加导致的土体流变变形,是基坑开挖变形控制的基础。有支撑暴露时间是指从支撑架设完成到拆除的时间,在这个过程中虽然围护体有支撑,但是在温度、土体流变等因素作用下围护土体的变形仍在发生,直至结构回筑完成。两者时间越长变形越大,是时空效应在软土基坑中的重要体现,而决定两者的关键因素则是基坑的开挖组织方式。本文以上海市东西通道（浦东段）拓建工程两个基本相同的基坑工程为例,分析不同基坑开挖组织方式对基坑变形的影响。

两个基坑基坑长度分别为46 m和47.67 m,基坑宽度为24 m,开挖深度10～12 m,采用1 000型钢水泥土搅拌墙+900套打桩围护结构,支撑系统为混凝土支撑+2道609钢管支撑,其中1#基坑（见图1）在基坑南侧设置7.2 m施工便道板作为挖土通道。2#基坑（见图3）未设置施工便道板。

1 有栈桥基坑开挖组织及变形分析

1.1 1#基坑土方开挖工况

1#基坑因施工场地狭小在基坑南侧设置7.2 m施工便道板作为挖土通道。采用0.6 m3长臂挖掘机在基坑中部取土,长臂挖掘机挖不到的位置用2台0.4 m3小型液压挖掘机翻挖,喂给长臂挖掘机,开挖工况如图1所示。

图1 1#基坑土方开挖工况图

1.2 1#基坑土方开挖卸荷引起的变形

1.2.1 第二层土方开挖

第二层土方共计3 033 m3,由PD14往PD13方向分成6块开挖。长臂挖机斗为0.6 m3,每小时出土65 m3,每天用时8 h完成1块土方约500 m3的开挖。用时6 d完成第二层土方开挖,由于开挖深度浅且第一道为混凝土支撑,因此围护测斜变形很小。

1.2.2 第三层土方开挖

第三层土方共计3 275 m3,由PD14往PD13方向分成4块开挖。每天用时12 h完成1块土方约800 m3的开挖。开挖PD14节段用时2 d,PD14测斜点由于卸荷引起的变形量为4.8 mm；开挖PD13节段用时2 d,PD13测斜点由于卸荷引起的变形量为4.6 mm。

1.2.3 第四层土方开挖

第四层土方共计3 393 m3,由PD13往PD14方向收底,每小时出土60 m3,每天开挖14 h。开挖PD13节段用时2 d,PD13测斜点由于卸荷引起的变形量为6.4 mm；PD13垫层浇筑后,用时2 d开挖PD14节段,PD14测斜点由于卸荷引起的变形量为4.4 mm。随着垫层的浇筑,测斜数据趋于稳定。

由于卸荷引起的基坑变形量,PD13累计为11.0 mm,PD14累计为9.2 mm。

1.3 1#基坑由于时间效应引起的变形

1#基坑土方开挖共用时14 d,第二层土方开挖虽然用时6 d,但是开挖深度浅且第一道为混凝土支撑,因此变形很小。第三层土方由于时间效应引起的变形,PD13在2 d时间内的变形量为1.2 mm, PD14在2 d时间内的变形量为3.8 mm。第四层土方由于时间效应引起的变形,PD13在3 d时间内的变形量为2.0 mm,PD14在3 d时间内的变形量为2.9 mm。

由于时间效应引起的基坑变形量,PD13累计为3.2 mm,PD14累计为6.7 mm。

1#基坑累计变形选取一个截面对比数据如图2所示。

图2 1#基坑土方开挖测斜数据

2 无栈桥基坑开挖组织及变形分析

2.1 2#基坑土方开挖工况

2#基坑因施工场地狭小,在保证南北两侧一来一去地面交通的情况下,南侧无施工场地,北侧有约8 m宽范围可做施工通道,因此挖土作业均由长臂挖掘机在北侧通道进行。因基坑宽度达到24 m,长臂挖掘机作业半径有限,只能采用2台0.4 m3小型液压挖掘机二次翻挖,喂给长臂挖掘机。土方开挖工况如图3所示。

图3 2#基坑土方开挖工况图

2.2 2#基坑土方开挖卸荷引起的变形

2.2.1 第二层土方开挖

第二层土方共计3 864 m3,由DY26往DY25方向分成6块开挖。长臂挖机斗为0.6 m3,每小时出土70 m3,每天用时9 h完成1块土方约640 m3的开挖。用时6 d完成第二层土方开挖,由于开挖深度浅且第一道为混凝土支撑,因此围护测斜变形很小。

2.2.2 第三层土方开挖

第三层土方共计3 864 m3,由DY26往DY25方向开挖。当开挖至格构柱位置,发现格构柱钻孔桩混凝土浇筑过高,土方开挖到位后,需凿除格构柱混凝土才能焊接钢支撑中间连续梁,进而完成钢支撑架设,为缩短基坑在无支撑情况下的暴露时间,每天用时7 h开挖土方约430 m3,剩下的时间用于支撑安装。这样完成DY26节段用时5 d, DY26测斜点由于卸荷引起的变形为10.0 mm。开挖DY25节段用时4 d,DY25测斜点由于卸荷引起的变形为9.0 mm。

2.2.3 第四层土方开挖

第四层土方共计2 970 m3,由DY26往DY25方向收底,但是南侧土方需2台小型挖掘机二次翻挖,所以每小时出土量仅为50 m3。每天用时10 h开挖约500 m3,完成DY26节段用时3d,DY26由于卸荷引起的变形量为9.3 mm。DY26垫层浇筑后,用时3 d开挖DY25节段,DY25由于卸荷引起的变形量为7.9 mm。随着垫层的浇筑,测斜数据趋于稳定。

由于卸荷引起的基坑变形量,DY25累计为16.9 mm,DY26累计为19.3 mm。

2.3 2#基坑由于时间效应引起的变形

2#基坑土方开挖共用时21 d,第二层土方开挖虽然用时6 d,但是开挖深度浅且第一道为混凝土支撑,因此变形很小。第三层土方由于时间效应引起的变形,DY25在5 d时间内的变形量为6.4 mm。DY26在4 d时间内的变形量为4.2 mm。第四层土方由于时间效应引起的变形,DY25在3 d时间内的变形量为5.5 mm,DY26在3 d时间内的变形量为2.9 mm。

由于时间效应引起的基坑变形量,DY25累计为11.9 mm,DY26累计为7.1 mm。

2#基坑累计变形选取一个截面对比数据如图4所示。

3 变形数据对比分析

3.1 #、2#基坑数据对比分析

1#基坑完成挖土用时15 d,2#基坑完成挖土用时21 d,2#基坑开挖用时比1#基坑多6 d。从开挖到垫层完成浇筑产生最大测斜变形,1#基坑PD14为15.9 mm,2#基坑DY25为28.8 mm。测斜数据对比如图5所示。

图4 2#基坑土方开挖测斜数据

图5 1#基坑与2#基坑测斜数据对比图

从对比图表及挖土工况可以看出:

（1）2#基坑开挖时间明显比1#基坑长。由于2#基坑没有设置栈桥板,挖土均在北侧进行,特别是第三、四层土,长臂挖机能挖到的范围有限,全由底下2台小挖机翻挖,南侧土方需翻挖2～3次才能翻到北边,工效很低,引起基坑无支撑暴露时间增长。

（2）由于底下2台小挖机无法满足长臂挖机的装土速度,往往长臂挖机存在超挖现象。

（3）2#基坑测斜数据在开挖至15 d时,测斜数据与1#基坑数据基本相同。但随着基坑暴露时间增长,测斜数据继续增大,直到垫层混凝土浇筑完成变形数据趋于稳定。在垫层浇筑完成前,基坑变形基本与基坑暴露时间成正比。

（4）基坑在有支撑暴露时间的变形量明显少于无支撑暴露时间的变形量。但只有完成垫层浇筑才能稳定基坑变形。

4 结语

通过两个基坑开挖的时空效应对比分析,结果表明在垫层浇筑完成前,基坑变形基本与基坑暴露时间成正比,而无支撑暴露产生的变形明显大于有支撑情况。因此要优化施工组织安排,加强对每天土方开挖量、钢支撑架设时间控制,严禁超挖。密切关注每天变形监测报表反映的基坑变形情况,验证现阶段施工安排的合理性。在基坑宽度较大,但施工场地受限只能单侧挖土时,可以考虑在基坑一侧增加盖板,来作为挖土通道,缩短挖土路径,进而缩短挖土时间。

在上海这种软土地区进行深基坑施工,其开挖势必会引起土体应力变化,从而对周边土体产生沉降和位移,进而影响周边管线、建构筑物的安全。事实证明基坑开挖时充分利用“时空效应”作用,在基坑开挖过程中,分层、分段挖土,并做到随挖随撑,减少基坑暴露时间,可明显控制基坑围护位移,以减少对周边环境的影响。

[1]郑刚,焦莹,李竹.软土地区深基坑工程存在的变形与稳定问题及其控制——基坑变形的控制指标及控制值的若干问题[J].施工技术,2011,40（8）:13-19.

[2]徐中华,王卫东.深基坑变形控制指标研究[J].地下空间与工程学报,2010,6（3）:619-626.

[3]冯云.上海市东西通道（浦东段）拓建工程——东方路站至源深路站地下道路2标围护结构施工图[R].上海:上海市隧道工程轨道交通设计研究院,2009.

广西桂林市龙门大桥通车 创下当地桥梁史6个之最

历时约两年半,桂林市民终于盼来了龙门大桥新建工程的通车。

龙门大桥主线道路全长1 712.645 m,其中主桥长236 m,引桥长484 m,主桥断面宽38.5 m。大桥东起高新七星区铁山工业园黄桐路,向西跨越漓江,与在建的万福东路相接,并最终与已使用的万福路相通,形成贯穿桂林城市东西,连接临桂新区与高新七星区的重要交通干线。

龙门大桥于2014年12月16日开工建设,是漓江市区段第七座公路桥,为三跨预应力V腿加腹拱连续梁桥。除了龙门大桥,这样的桥型目前全国仅有一座。它的建成实现了桂林桥梁史上桥梁长度最长、连续梁结构桥梁跨径最大、桥梁通航高度最高、建设投资最大、钢筋混凝土用量最大及桩基最多等6个之最。

TU4

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1009-7716（2017）07-0167-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.050

2016-07-04

余海兵（1983-）,男,浙江台州人,项目经理,从事市政工程建设工作。