基坑开挖引起土体变形及管线沉降实测分析

何晓东

（中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001）

随着我国城市化进程的推进，城市用地日益紧张，基坑朝着更大、更深、更密的方向发展，而基坑开挖不可避免的会引起地表和周边建筑沉降。而在高水位、砂土、粉土地区，由于土体强度较弱，且可能存在不明流水通道，在基坑开挖过程中容易发生管涌、土体严重偏移、围护结构失稳等工程灾害，若得不到有效的控制，很可能会造成工程事故。

虽然很多学者对基坑开挖引起的地表沉降进行了相关的研究，但主要是针对软土、黄土、黏土以及复合地层进行研究，对于高水位、砂土、粉土地层的研究较少。文章依托杭州地铁9号线一期工程四堡停车场基坑工程监测数据，对基坑开挖引起的地表沉降、建筑物沉降、土层深层水平位移的变性特点进行分析，为类似的工程提供参考。

1 工程概况

四堡停车场基坑分为两期施工，其中运用库基坑、咽喉区及区间风井1-3 轴～2-13轴基坑为一期施工，基坑开挖深度12.334~15.374 m，无地上结构。综合考虑基坑深度、周边环境及场地特性，基坑采用1 000 mm厚地下连续墙+内支撑的围护结构体系，标准段地下连续墙长度为27.8 m，局部深坑段地下连续墙长度为30.8 m。墙底位于砾中砂、中砂层，采用工字钢接头。地下连续墙的入土深度根据基坑的开挖深度，结合场地的地质条件，按坑底抗隆起，墙底抗隆起，抗渗流，抗管涌和整体稳定性等要求进行验算，最终确定标准段地下连续墙插入比约为1.300；盾构井和电缆夹层地下连续墙插入比约为1.225。基坑开挖在加固土体达到设计强度、冠梁支撑施工完成并达到设计强度的85%（栈桥板位置需达到100%）之后开始开挖，开挖前需提前降水，并降至开挖面以下1 m后。1-4 轴~1-11 轴采用一道混凝土支撑+两道钢支撑（其余部分均采用三道砼支撑）。基坑周边环境示意图见图1。

图1 基坑周边环境示意图

1.1 工程地质与水文地质条件

本工程位于杭州市江干区，根据勘察报告地层自上而下依次为素填土、砂质粉土、砂质粉土夹粉砂、砂质粉土、粉砂、砂质粉土、含砂粉质黏土、含砾中砂、中砂，具体物理力学指标如表1所示。场地附近现状河道主要为引水河，距离本场地约450 m，本场区潜水的地下水位埋深为1.10~4.60 m。承压水主要分布于⑨3层含砾中砂、⑫2层中砂、⑫4层圆砾及⑭3层圆砾层中，承压水水位埋深为9.10~10.58 m，基坑开挖过程中存在坑底突涌的可能性。

表1 地层物理力学性质表

1.2 监测方案

图2给出了监测点分布情况，对断面1~17设置4~5个测点监测地表沉降，测点距离分别为2.5 m、5 m、7.5 m、7.5 m、7.5 m，采用测斜管监测上述断面的坑外土体位移；TST为深层土体位移监测点，DX和DL分别为通信和电力监测点，为便于识别，图2仅给出了距离基坑较近的几个典型管线监测点。

图2 测点分布图

2 监测结果

文章主要对地表沉降、深层土体位移、管线沉降进行分析。为了全面分析地表位移，选取基坑周围四个边处的监测断面，即断面1、4、8、9进行分析；取TST1、TST2、TST13、TST14几个监测点分析深层土体水平位移，选取DX3、DX5、DX7、DL5分析管线沉降。

2.1 地表沉降

基坑施工过程中，地连墙周围的土体沉降如图3所示，由图可知，随着基坑施工的进行，地表沉降逐渐增加，顶板施工完成后，地表沉降逐渐稳定；四个监测断面的最终累计沉降峰值分别为3.7 mm、10.4 mm、12.4 mm、10.0 mm，均小于建筑基坑工程监测技术规范规定的二级基坑周边地表竖向累计位移规定的50~60 mm。在基坑开挖阶段四个监测断面的沉降峰值分别为1.4 mm、6.9 mm、7.1 mm、9.0 mm，分别占最终地表沉降的37.8%、66.3%、57.2%、90.0%。地表沉降主要发生在基坑开挖阶段。

图3 坑外地表沉降

监测断面8和监测断面9的变形比较规律，均为先增加再减小，且减小的速度逐渐降低，此结果与郑杰明等和黄敏等结果呈现出相似的规律，也证明了监测手段的可靠性。

监测断面1和监测断面4的分布规律较为反常，这可能是由于测点较少，数据离散而未表现出明显的规律；此外，施工因素，天气等原因也会造成一定的影响；在监测断面4处，距地连墙距较远时地表沉降反而变大，与郑杰明等和黄敏等的研究成果并不一致，这是由于基坑的形状不规则，在图2中，监测断面4的下方尚有一段基坑，受该段基坑施工的影响，呈现出了上述特点。

2.2 土体深层水平位移

施工过程中土体深层水平位移如图4所示，由图可知，土体深层水平位移随深度近似抛物线分布，底板施工过程中产生的位移较小，顶板施工过程中产生的位移稍大，而顶板施工结束后深层土水平位移基本稳定。第三层土体开挖之后产生的位移峰值分别为10.8 mm、12.2 mm、13.2 mm、11.9 mm，最终监测累计位移分别为14.6 mm、13.6 mm、16.13 mm、14.8 mm，土体开挖过程中产生的位移峰值分别占最终位移的74.0%、90.0%、81.8%、80.4%，因此深层土体位移同样主要发生在基坑开挖阶段。

图4 土体深层水平位移

2.3 管线位移

选取距离基坑较近的管线监测点行分析管线沉降，其中光纤管线监测点DX3、DX5距离基坑监测点垂直距离分别为11.15 m、12.23 m，电力管线监测点DL5与基坑垂直距离为17.35 m。图5为管线沉降情况，每条线的点依次代表施工过程的各个节点。由图可知几个监测点的最终累计沉降分别为3.4 mm、12.8 mm、9.7 mm、15.1 mm，在城市轨道交通工程监测技术规范的要求的10~40 mm范围之内。

图5 管线沉降监测情况

3 结论

文章对杭州地铁9号线一期工程四堡停车场基坑的监测数据进行分析，结果表明：

（1）在基坑施工过程中，坑外地表沉降随着与地连墙距离的增加呈现出先增加后减小的趋势，且减小的速度逐渐降低，沉降主要发生在基坑开挖阶段。

（2）深层土体水平位移随深度近似抛物线分布，且主要发生在基坑开挖阶段。

（3）地表沉降、深层土体水平位移和管线沉降均在规范要求范围之内，表明支护效果较好。