复杂环境下深基坑施工及监测分析

文／李园 扬州市市政建设处 江苏扬州 225002

引言：

扬州江平东路快速化改造三期工程二标段雷塘路隧道工程，北侧并行宁启铁路，南侧沿线有220KV 高压线，施工环境复杂，安全压力大；受地下管线迁改、房屋征迁及新冠疫情等因素影响，工期要求紧张。现场监测作为确保基坑工程施工安全可靠进行的必要和有效手段,对于验证原设计方案、局部调整施工参数以及改进和提高设计水平等具有现实的指导意义。

1、工程概况

1.1 基坑概况

扬州江平东路快速化改造三期工程二标段位于扬州市邗江区，呈东西走向，隧道全长838m（暗埋段4 26m，敞口段412 米），基坑宽28.5m，基坑挖深2.1～11.1m，泵房处达到14.4m。因隧道临近宁启铁路以及220KV 高压线，且基坑深度较深，基坑工程安全等级均按一级设计。

1.2 环境概况

基坑周边环境复杂，隧道由东向西分别下穿雷塘路、双塘路、北侧邻近宁启铁路，基坑边缘与铁路坡脚最近距离为15.3m；南侧邻近220kv 高压线，基坑边缘距高压塔约9.5m，与高压线水平距离最近处约5.6m。基坑两侧综合管线有：天然气管道、自来水管道、通讯管线、铁路贯通线、10KV 供电线迁改等。

1.3 现场条件

（1）工程地质条件

本工程隧道结构底板主要位于③黏土、④层粉质黏土，地质条件良好。

（2）水文地质特征

区内下水主要分为孔隙型潜水，孔隙型潜水赋存于全新统表土、粉质黏土层中，水位埋深浅，富水性弱，受大气降水补给及河流侧向补给，排泄方式主要为自然蒸发等。勘察期间测得孔隙型潜水稳定水位埋深 1.10 ～1.70m。地下水水位相对稳定。正常条件下，地下水水位随季节变化有所升降。据调查，地下水水位变化幅度约为埋深0.50 ～2.50m，高值一般出现在 7 ～9月汛期，低值多出现在 11 ～12月旱季，场地历史最高水位及近3 ～5年最高水位均接近代表。

1.4 支护结构设计

（1）围护结构

本基坑围护结构采用Φ800@1000、Φ1000@1200的钻孔灌注桩,北侧为Ф850@600 三轴搅拌桩止水措施，隧道南侧（邻近220KV 高压线）止水帷幕采用2排Φ600@400 高压旋喷桩，帷幕底部深入基底以下约6.0m,隔断坑内外潜水水力联系。

（2）水平支撑体系

东U2-东U4、西U2-西U3 基坑共有1 道支撑，为混凝土撑，东U1、西U1 基坑共有2 道支撑，第1 道为混凝土撑，第2 道为钢支撑，JD1-JD9 共有3 道支撑，第1 道为混凝土撑，第2、3 道为钢支撑，其中JD7（泵房处）基坑共有4 道支撑，第1 道为混凝土撑，第2、3、4 道为钢支撑。钢筋混凝土支撑混凝土强度等级均为C30，钢管支撑为φ 609 mm×16 mm 钢管。

2、监测数据分析

本基坑在开挖过程中进行了大量的监测，监测内容主要包含有周边建（构）筑物垂直位移、水平位移及居民区房屋倾斜，周边管线垂直、水平位移，围护结构变形、坑内外地下水位变化、坑外地表沉降等。

2.1 基坑周边环境监测数据分析

2.1.1 基坑周边建筑物沉降监测数据分析

本项目周边建筑物在隧道基坑南侧，距离基坑边约20m 左右，建筑物累计变化历时曲线如下图1：

由上图1 可以看出，基坑施工过程中，建筑物受施工影响总体呈现下沉趋势，最终趋于稳定状态，对图中数据说明如下：

图1

建筑物沉降测点与基坑位置关系：测点F01、F07、F08 正对着基坑，距离基坑最近，其他测点依次环绕在建筑物周围。

该监测科目在整体监测过程中，各测点最终累计变化量在-1.25mm ～-3.90mm 之间，累计变化量未发生报警（报警值：20mm）。

可以看出，在整个基坑施工期间，建筑物受基坑施工影响沉降较小，最终最大累计沉降量是-3.90mm，测点是F01。

2.2 基坑本体监测数据分析

2.2.1 围护体顶部沉降、水平位移监测数据分析

基坑开挖施工，坑内土体卸载，围护体内外受力不平衡，导致围护体顶部会产生竖向和水平方向的位移，基坑开挖期间，围护体顶部竖向位移变化较明显，总体呈上抬趋势，围护体整体处于稳定状态，具体分析如下：

（1）测点位置关系：测点C1～C22-1位于基坑北侧，C23 ～C46-3 位于基坑南侧。

（2）该监测科目在整体监测期间，最终累计变化量在-2.37mm ～9.16mm 之间，累计变化未发生报警（报警值：20mm）；

（3）基坑开挖阶段（2020年08月25日～2021年01月16日），围护体顶部沉降呈上抬趋势，测点C45上抬变化较大，由于该测点位于区段与区段交界处后续工序未能及时跟进，故数据变化相对明显，该测点最终上抬量为9.16mm。

（4）基坑开挖阶段，围护体顶部沉降数据整体呈上抬趋势，随大底板浇筑逐步回落（2021年1月29日大底板全部浇筑），其后数据变化趋缓，至基坑出±0.00 后，围护体顶部沉降数据变化基本稳定。

基坑开挖期间，围护体顶部水平位移数据变化趋势向坑内位移，底板浇筑之后数据变化基本趋于稳定，测点位置和数据分析如下：

（1）测点位置关系：测点S1～S22-1位于基坑北侧，S23 ～S46 位于基坑南侧。

（2）该监测科目在整体监测期间，最终累计变化量在0.20mm ～11.6mm 之间，累计变化未发生报警（报警值：30mm）；

（3）从上图中可以看出，基坑开挖阶段，围护体顶部水平位移向坑内位移较为明显，测点S13 向坑内位移变化较大，由于该测点位于基坑边中间部位，且该位置基坑深度最深，故数据变化相对明显，该测点最终位移量为11.6mm。

（4）基坑开挖阶段，围护体顶部水平位移数据整体向坑内位移，后续结构施工及二、三道钢支撑拆除，围护体顶部水平位移无异常变化，随大底板浇筑后变化逐步趋缓（2021年1月29日大底板全部浇筑），至基坑出±0.00 后，围护体顶部水平位移数据变化基本稳定。第一道砼支撑在基坑结构顶板以上约1.5m 左右处，拆除过程中无明显变化。

2.2.2 围护体测斜监测数据分析

基坑开挖施工，坑内土体卸载，围护体内外受力不平衡，导致围护体产生向基坑内的位移，下图是变形较大围护体测斜CX13 累计变化历时曲线图。

坑内土体卸载，围护体在不同深度会产生水平方向的位移，上图为基坑开挖至结构出±0.00m 期间，围护体测斜CX13 累计变化曲线图，具体分析如下：

（1）测点位置关系：围护体测斜CX13 位于基坑北侧边线中部。

（2）该监测点在整个监测期间，累计变化量在4.5mm ～15.51mm 之间，未发生报警（报警值：30mm）；

（3）可以看出，随着基坑开挖深度的增加，围护体测斜向坑内位移随之增大，第一层土方开挖期间（2020年10月21日～2020年11月10日），测斜CX13 向坑内位移累计最大值是3.7mm，变化速率：0.19mm/天，第二层土方开挖期间（2020年11月12日～2020年11月20日），测斜CX13 向坑内位移累计值增加5.02mm，变化速率：0.63mm/天，第三层土方挖除结束（2020年11月22日～2020年12月10日），测斜CX13 向坑内位移累计值增加4.47mm，变化速率：0.25mm/天，底板施工期间（2020年12月17日该位置底板浇筑完成），测斜CX13 向坑内位移无明显变化，第二、三道钢支撑拆除期间，测斜CX13 向坑内位移累计量最大值分别是：1.83mm、1.63mm；变化速率分别是0.37mm/天、0.11mm/天，至结构出±0.00，测斜CX13变化基本稳定。第一道砼支撑在基坑结构顶板以上约1.5m 左右处，拆除过程中无明显变化。

（4）基坑挖土期间围护体向坑内变形较为明显，钢支撑体系的及时安装对围护体向坑内位移有良好的抑制效果，支撑体系拆除对围护体产生一定的位移。

基坑开挖至结构出±0.00m 期间，围护体测斜CX09、CX29 累计变化曲线图，具体分析如下：

（1）测点位置关系：围护体测斜CX09、CX29 分别位于基坑北侧、南侧基坑开挖深度较大处。

（2）点在整个监测期间，围护体测斜CX09 累计变化量在4.74mm ～9.62mm 之间，围护体测斜CX29累计变化量在0.76mm～12.18mm之间，未发生报警（报警值：30mm）；

（3）由上图可以看出，随着基坑开挖深度的增加，围护体测斜向坑内位移随之增大。底板浇筑完成后，变形趋于稳定。

2.2.3 坑外土体测斜监测数据分析

坑内土体卸载，围护体在不同深度会产生水平方向的位移，上图为基坑开挖至结构出±0.00m 期间，坑外土体测斜TX31 累计变化曲线图，具体分析如下：

（1）测点位置关系：土体测斜TX31 位于基坑南侧泵房处，该处是整个基坑深度最大处。

（2）该监测点在整个监测期间，累计变化量在-0.4 mm ～22.19mm 之间，未发生报警（报警值：55mm）；

（3）随着基坑开挖深度的增加，坑外土体向坑内位移随之增大，第一层土方开挖期间（2020年11月2日～2020年12月10日），测斜TX31 向坑内位移累计最大值是3.08mm，变化速率：0.08mm/天，第二层土方开挖期间（2020年12月13日～2020年12月20日），测斜TX31 向坑内位移累计值增加6.97mm，变化速率：0.99mm/天，第三层土方挖除结束（2020年12月22日～2020年12月25日），测斜TX31 向坑内位移累计值增加4.68mm，变化速率：1.56mm/天，底板施工期间（2020年12月25日～2020年12月28日），测斜TX31 向坑内位移累计值增加2.33mm，变化速率：0.78mm/天，第二、三道钢支撑拆除期间，测斜TX31 向坑内位移累计量最大值分别是：0.79mm、1.44mm；变化速率分别是0.27mm/天、0.72mm/天，至结构出±0.00，测斜TX31 变化基本稳定。第一道砼支撑在基坑结构顶板以上约1.5m 左右处，拆除过程中无明显变化。

（4）第一层土方挖除，坑外土体向坑内位移变化速率不大，第二、三层土方挖除，坑外土体向坑内位移变化速率较大，钢支撑体系的及时安装对坑外土体向坑内位移有良好的抑制效果，支撑体系拆除对坑外土体向坑内产生一定的位移。

2.2.4 立柱沉降监测数据分析

基坑开挖施工，坑内土体卸载，围护体内外受力不平衡，导致基坑内立柱桩会产生竖向的位移，下图是立柱沉降累计变化历时曲线图（部分测点由于开挖时序不同，故监测时限不同）：

基坑开挖到大底板浇筑过程中，基坑内立柱桩垂直位移变化较明显，呈上抬趋势，底板浇筑完成后，数据变化基本稳定，具体分析如下：

（1）测点位置关系：测点LZ01 ～LZ26、LZ28 ～LZ43 位于基坑中部，LZ27 位于基坑南侧泵房处。土方施工期间，由于部分测点被土方堆压，未能连续提供数据。

（2）该监测科目在整体监测期间，各测点最终累计变化量在-1.74mm ～16.44mm 之间，累计量未超过报警值（报警值：35mm）。

（3）可以看出，基坑开挖阶段（2020年08月25日～2021年01月16日），由于坑内土体卸载，立柱沉降一直呈上抬趋势，变化较明显，2021年01月29日大底板全部浇筑完成后，数据变化基本稳定。

2.2.5 支撑轴力监测数据分析

基坑开挖施工，坑内土体卸载，基坑支撑体系内力会发生一定程度的变化，基坑开挖过程中，支撑体系内力变化较明显，具体分析如下：

（1）测点位置关系：测点Z1-1 ～Z19-1、Z21-1 ～Z31-1 位于基坑对撑上，测点Z20-1 位于基坑南侧泵房处冠梁上。土方施工期间，由于部分测点被土方堆压或受损，未能连续提供数据。

（2）该监测科目在整体监测期间，各测点轴力值变化在300kN ～2868kN 之间，未发生报警（报警值：4000kN）。

（3）可以看出，测点Z5-1 轴力值最大，3159kN，该测点在开挖期间被堆压受损，造成监测数据不连续。测点Z16-1 位于隧道基坑长度中间部位，该部位是隧道基坑普遍区域开挖最深处，该位置第一层土方挖除后（2020年10月2日～2020年10月23日），测点Z16-1 的轴力值为1934kN，第二层土方挖除后（2020年10月25日～2020年10月31日），测点Z16-1 的轴力值为2276kN，轴力值增大342kN，第三层土方挖除后（2020年11月3日～2020年11月18日），测点Z16-1 的轴力值为2924kN，轴力值增大648kN，2020年11月25日该位置底板浇筑后，测点Z16-1 的轴力值为2329kN，轴力值减小-595kN，

2020年12月25日顶板浇筑，测点Z16-1 的轴力值为2001kN，轴力值减小-328kN，最终该测点的轴力值为1679kN。

（4）可以看出，基坑开挖期间（2020年08月25日～2021年01月16日），坑内土体的卸载，支撑体系受到的内力增大，随着开挖深度的增大支撑内力也随之增大，后续地下结构及时跟进，支撑轴力逐渐趋稳。

2.2.6 坑外地下水位监测数据分析

基坑施工过程中，地下水水位变化较明显，具体分析如下：

（1）测点位置关系：测点W01～W26位于基坑北侧，测点W27 ～W52 位于基坑南侧。由于部分测点被长期堆压受损，未能提供数据。

（2）该监测科目在整体监测期间，各测点最终水位变化量在2.0cm ～-91.9cm 之间，累计变化未发生报警（报警值：100cm）。

（3）从中可以看出，在基坑施工阶段，坑外地下水位呈现下沉趋势，但在一定范围内水位基本保持稳定，最终累计量最大的测点是W35，累计量是-91.9cm，因该处围护体有渗漏水情况发生，经封堵后渗漏水消失或减弱。

结语：

根据本项目施工过程中监测数据的分析可以得出以下几点结论：

（1）基坑开挖程序必须严格按设计要求施工,采取分层、分块、对称、平衡的开挖方式，施工过程中应加强施工管理和监督，避免由于工序安排不当造成基坑变形过大甚至出现险情。

（2）本工程基坑施工过程中，基坑本体及周边环境总体处于安全、稳定状态。

（3）本工程基坑开挖过程中，由于坑内大量土体的卸载，坑底开挖面因自身受力的释放，使得围护体本身因纵向受力的变化而相应产生垂直向上的位移。同样围护体也会因坑内外受力不平衡而向坑内产生水平位移的变化，临近基坑部位，高压铁塔及建筑物也发生明显的变化，呈下沉趋势，因此，基坑开挖对围护体和周边环境都会产生一定的影响。

（4）随着基坑开挖深度以及施工位置的不同，基坑本体和周边环境的变化也随之改变。从各施工阶段围护体变形曲线来看，围护体变形速率最大时均出现在挖土阶段。

（5）施工中应严格控制软土区开挖后的暴露时间，及时浇筑基础底板,利用自重荷载使坑内土体反压和支撑的刚度来降低开挖卸荷引起的土体侧移和地表沉降。