哈尔滨某越冬深基坑工程施工安全监测*

崔高航 赵杉妮

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

随着我国城市化建设的发展，城市土地资源越来越稀缺。建筑物逐渐向地上和地下发展。近年来，全球都兴起了超高层建筑的热潮。随着建筑物高度的增加和地下空间的使用需求逐渐增多，深基坑设计已经成为一种发展趋势。深基坑施工对周边环境影响较大，为保证周边建筑及公共设施等的安全，深基坑支护结构设计就至关重要[1]。特别是哈尔滨地区，由于哈尔滨冬季较长，且冬季气温多在0 ℃以下，深基坑施工大多会经历冬季的冻融期[2]，对基坑安全影响更大。现阶段深基坑研究中关于寒冷地区深基坑施工的研究较少，对武汉[3]、杭州[4,5]、上海[6]等地区深基坑施工研究文献较多。本文以哈尔滨某基坑工程为实例，对周边路面的沉降、排桩的水平位移进行分析，对寒冷地区深基坑稳定性进行了相关研究。

1 工程概况

哈尔滨某项目位于哈尔滨市松北区昆明街与世茂大道交口处，规划由商场、住宅、公建及地下车库组成。拟建建筑物分两部分，一部分商场为地下2层，地上多层商场；另一部分为地下1层，地上高层住宅。其中商场室外地坪绝对高程为118.4 m，商场地下2层承台底绝对高程为107.0 m，实际基坑深度为11.4 m。高层住宅室外地坪绝对高程为118.4 m，地下1层承台底绝对高程为113.4 m，实际基坑深度为5.0 m；商场与高层住宅之间有12.0 m宽管廊，管廊高点绝对高程为113.4 m，管廊低点绝对高程为107.0 m，深度差为6.4 m。

1.1 工程地质条件

通过分析地质勘察报告，本场地地层按照相关工程特点划分主层7层。基坑场地内的地基土主要是堆积物，其组成为杂填土、细砂、中砂、粗砂、粉质粘土等。主要土层分布见表1。

表1 场地地层结构一览表 m

1.2 水文地质条件

勘察场区地下水类型为第四系砂、砾石层孔隙潜水，地下水赋存于下部的砂层中，含水层分布较稳定。初见水位埋深5.9 m～7.8 m，静止水位埋深6.3 m～8.3 m。地下水位受一定的大气降水和蒸发的影响。地下水动态变化规律为：7月～9月份为丰水期，水位高；3月～5月份为枯水期，水位低。通过查阅近年同区域水文资料，地下水位总体变化幅度在2 m～3 m左右。经调查场区附近没有对地下水产生污染的污染源。

2 基坑支护结构

基础形式采用桩基础。该基坑采用土钉墙、支护桩、锚杆、桩间喷挂混凝土相结合的支护体系。各部分支护形式如下：商场基坑位置采用超流态混凝土灌注桩锚杆复合支护；高层住宅位置浅基坑与商场深基坑高差部分采用土钉墙支护，土钉墙放坡比例为1∶1；桩顶上部位为0.5 m高冠梁，冠梁上部做1.5 m高的混凝土挡墙；桩间加三层锚杆，锚杆为两桩一锚，间距为1 800 mm，桩间挂网喷射混凝土。具体基坑支护设计见图1。根据JGJ/T 111—98建筑与市政降水工程技术规范，该场地适宜采用管井降水方法。

3 基坑开挖与监测

深基坑的安全与稳定直接关系到基坑本身及基坑周边道路和邻近地下管线的安全，根据深基坑支护有关规范要求：结构主体地下部分施工阶段必须对基坑支护系统和周边环境进行监测[7]。由于深基坑周边环境的复杂性，深基坑支护在施工过程中受到的干扰因素较多，施工环境复杂。建筑基坑支护技术规程规定，应对安全等级为一二级的支护结构进行必要的监测。

对于基坑开挖深度大的基坑工程，受基坑土体成分和周围环境的影响，在基坑施工过程中必须对支护结构和周边建筑物进行监测。本工程主要监测内容包括：基坑各边支护结构水平位移、地表沉降、地下水位变化等。各监测点布置如图2所示。

3.1 基坑周边路面沉降

基坑施工过程中，在深基坑各边沿基坑水平方向布置路面沉降监测点26个。其中东侧7个、南侧13个、西侧6个。各边路面沉降曲线见图3。由图3可以看出，基坑周边路面沉降值均在25 mm以内，沉降量最大值发生在东侧d3测点为21.2 mm。东西两侧沉降量较南侧略大，主要原因是基坑东西侧均邻近既有建筑，南侧紧邻世茂大道并无明显地上建筑。并且由图3可知，2012年3月～2012年9月基坑各侧路面沉降值及沉降速率较大，之后路面沉降逐渐趋于稳定。对于所监测的基坑工程来讲，此阶段经历了两个不利因素：一是严冬的低温条件；二是大雨。2012年3月～2012年5月期间，哈尔滨地区气温逐渐回暖，昼夜温差大，导致土体经历多次冻融循环，由于冻土融化，地表沉降增加较为明显。2012年5月～2012年7月时间段导致路面沉降较快的主要原因是：在此期间哈尔滨正值雨季，且基坑经历一次罕见大雨，路面发生较大沉降。

3.2 围护结构水平位移

基坑各边围护桩顶水平位移曲线见图4。在基坑施工过程中，基坑围护桩顶均发生明显水平位移，特别是2012年3月～2012年7月期间，各测点均发生较大平移，之后桩顶水平位移变化幅度逐渐减小。截至2013年3月基坑桩顶最大水平位移发生在东侧D3测点最大值为49 mm。从图4中曲线可以看出，2012年9月之后桩顶的水平位移趋于平稳，除东侧个别测点外，其他测点平移量基本未变，基坑各边土体与围护桩达到平衡状态。并且由图4可见，距离阴角较近的测点X1,D11,N1,N20位置冠梁水平位移值明显较小，表明阴角处土体稳定性更好。由图4c)可见，基坑南侧n3～n8测点数据明显高于南侧其他测点，基坑南侧冠梁平移最大量发生在n8测点达45 mm，发生这一现象的原因主要是，在n3～n8测点基坑支护上方建有临时建筑物，基坑上部荷载明显高于其他测点处，土体主动土压力增大，导致冠梁平移量增加。

3.3 基坑局部失稳

对基坑开挖过程进行监测，对基坑开挖至关重要。通过监测数据的分析及时判断基坑支护的工作情况，确保基坑支护处于安全可靠的工作状态，保证工程安全顺利的完成。例如本基坑支护工程在分析监测数据时发现深基坑东侧支护体系第一道钢梁数据异常，经安全巡检发现：东侧2012年完成的支护体系第一道钢梁有翻背情况；北侧2014年钢板桩支护和放坡喷锚支护已于2014年7月完成，由于工程2014年缓建未实现基坑平口，基坑经历2014年～2015年冬季冻融期，基坑周边由于回填土解融下沉，支护上部喷锚面层出现裂缝。并且基坑上边距离住宅基坑围墙侧有大面积裸露土面。为预防施工现场土方坍塌事故的发生，保证施工安全，依据多方专家意见，对基坑支护进行了加强。

4 结语

1)地表沉降及排桩水平位移监测结果表明：降水和冻融循环对基坑的稳定性有显著的影响，特别是冻融循环对基坑支护平移的影响。

2)通过项目本身的设计要求，结合工程地质、水文地质条件以及施工的具体要求，选取合适的支护形式。

3)在保证基坑安全及周边环境安全的前提下，根据基坑周边环境不同，可采用多种支护相结合的形式，使支护结构方案达到最优。