软基某深基坑监测分析与研究

陈金辉

（上海海洋地质勘察设计有限公司，上海）

引言

软土主要包括淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土，由软土组成的地基即软土地基。由于软土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高及抗剪强度低等特点，基坑土方开挖后围护结构在外侧水土作用下极易向坑内位移，引起坑外市政管线及建构筑物的沉降，基坑底板浇筑完成后坑外环境变形仍会持续，软土具有较强的流变特性[1-4]，一旦被扰动后将需要较长的时间完成应力调整，对坑周环境的安全是极为不利的，因此在基坑土方开挖施工过程中及底板浇筑完成一段时间内均应实施监测工作，确保围护结构及周边环境的安全，尤其围护结构的变形控制[5]，变形量的大小决定了基坑本体及周边环境的变形量。本文对上海地区某深基坑施工监测成果进行了全面分析及研究，旨在为类似工程安全施工提供一定的借鉴经验。

1 工程概况

1.1 工程概况

某深基坑平面尺寸为8 m×4 m，开挖深度11.5 m，采用灌注桩围护结构，灌注桩桩长25 m；桩外设置双排高压旋喷桩作为止水帷幕。基坑沿竖向设置3 道型钢支撑。

1.2 地质条件

1.2.1 地基土构成

场地地基土构成见表1。

表1 场地地基土构成

1.2.2 承压水

场地分布的承压水为③t、⑤2层微承压水及⑦层承压水，对于⑦层埋深较大，根据最不利条件初步估算，以⑦层层面最浅埋深30.60 m，微承压水水头埋深3.0 m，发生水土突涌的临界开挖深度约为14.50 m，故本基坑不存在承压水突涌风险。

1.3 周边环境

考虑到场地地质条件以软土为主，监测工作实施前对基坑周围3 倍范围内的环境做了详细调查，基坑周边主要分布有1 层混凝土结构建筑物、河道桥梁、河道防汛墙、给水及信息管线。其中1 层厂房建筑位于基坑北侧，与基坑净距约12.24 m；桥梁位于基坑东南侧，与基坑净距约11.62 m；河道防汛墙位于基坑东侧，与基坑净距仅1.72 m；￠500 给水管位于基坑南侧，与基坑净距约6.7 m。

2 监测点布置

本基坑开挖深度为11.5 m，安全等级为二级，环境保护等级为二级，综合基坑安全等级及环境保护等级判定本基坑的监测等级为二级，监测点布置根据基坑监测等级进行设置。

本基坑设置了灌注桩深层水平位移、围护顶部竖向及水平位移、支撑轴力、坑外地下水水位、坑外地表竖向位移、周边管线及建构筑物竖向位移等监测项目，各监测项目之间形成监测断面，以综合分析监测数据之间的关联及成果的准确性与可靠性。

基坑本体监测点布置见图1。

图1 基坑本体监测点布置

3 监测成果及分析

3.1 灌注桩深层水平位移监测

灌注桩围护具有刚度大、施工影响小等优点，特别适用于开挖深度在15 m 以下的深基坑。基坑土方开挖后，灌注桩两侧明显压力差，在坑外水土荷载共同作用下灌注桩逐渐向坑内位移，由于本基坑平面尺寸小，空间效应的影响较小，钢支撑的安装速度较快，大大削弱了基坑暴露引起的时间效应，加之灌注桩自身具有较大的刚度，土方开挖过程中引起的围护结构变形总体不大，底板浇筑完成后灌注桩最大深层水平位移仅14.02 mm，远小于类似深度的深基坑变形量。基坑底板浇筑后，随着混凝土强度的快速增长，底板自身的板撑作用发挥明显，快速抑制了灌注桩向坑内的位移；支撑拆除过程中，坑内外应力平衡再次改变，灌注桩向坑内产生了少量位移，监测末期灌注桩向坑内的水平位移已收敛。各工况P2 孔深层水平位移曲线见图2，监测末期各测孔最大累计位移量见表2。

图2 各工况P02 深层水平位移曲线

表2 监测末期围护结构深层水平位移统计

可以看出，各工况下基坑长边的灌注桩深层水平位移较短边要大，主要因为基坑平面尺寸小，在坑周相同荷载作用下长边更易产生水平位移。监测末期各测孔的最大水平位移均位于坑底以上部位，主要与坑底高压旋喷加固有关，坑底满堂加固后有效提高了被动区水平抗力，基坑开挖到底后围护结构的最大位移量相应发生在未进行加固的坑底以上部位，可见坑底加固对减小围护结构的总体变形及变形部位均有调节作用。

3.2 围护顶部竖向位移监测

基坑土方开挖是坑内卸荷的过程，一般会使围护隆起，若施工过程中孔底有较厚的沉渣，基坑土方开挖卸荷过程中极易造成围护结构的沉降，尤其在开挖初期这种沉降相对明显，当沉降达到一定量值后围护结构与底部土体形成了相对密贴，沉降可能向隆起转换，本基坑围护顶部竖向位移历时过程曲线见图3。第二层土方开挖过程中，围护顶部持续下沉，主要有两个原因，一是桩底沉渣引起的桩身下沉，二是坑周作业机械等形成的附加应力在桩周产生了负摩阻力引起桩身下沉，故第二层土方开挖过程中围护顶部沉降速率在整个基坑施工期最为明显；随着桩底与土体的逐渐密贴，土方开挖引起的桩身沉降速率逐渐减缓，第三层土方围护顶部竖向位移历时过程线表现了这种特征；第四层土方开挖过程中围护顶部表现了少量隆起，该阶段桩底已与土体密贴，由于底部卸荷量少，同时坑周附加应力的持续存在，该层土方开挖施工期总体仍表现出向下的竖向位移。结构施工期，桩身承担了一定的结构荷载，围护顶部继续表现了沉降现象，监测末期围护顶部竖向位移已收敛。监测末期各测点竖向位移累计量见表3。

图3 围护顶部隆沉历时过程曲线

表3 监测末期累计沉降量（mm）

3.3 支撑轴力监测

支撑轴力是基坑监测项目中重要的测项，轴力过大或过小均会影响基坑安全，轴力过大会引起钢支撑失稳，轴力过小时支撑难以约束围护结构的侧向位移，因此将支撑轴力值控制在合理范围对确保基坑安全至关重要的。基坑施工期钢支撑轴力总体呈现增长趋势，底板达到强度后，其板撑作用开始发挥，各道支撑轴力测值逐渐稳定，第三道支撑拆除后第一、二道支撑与共同承担外荷，支撑轴力相应增加；结构施工期支撑轴力主要受大气温度影响，有一定波动。支撑轴力测值历时过程曲线见图4。

图4 支撑轴力测值历时过程曲线

3.4 坑外地下水水位监测

基坑土方开挖前采集了地下水位初始标高，由于采集前场地有降雨，采集的水位初始值中包含了非静止水位，基坑开挖初期孔内水位处于消散期，导致逐日观测成果中包含了降雨消散引起的水位降落，技术人员对防渗体进行了巡视，未发现围护渗漏现象，确定了坑外水位降落为初始值采集不合理引起。孔内降雨产生的水位降落至静止水位后，坑外水位相对稳定，基坑施工期坑外水位有一定起伏，主要与大自然降雨有关。本基坑高压旋喷桩施工质量良好，有效发挥了防渗帷幕的作用，施工过程中坑外地下水水位较为稳定。

3.5 周边环境监测

基坑周边环境监测工作实施贯穿灌注桩围护施工、高压旋喷防渗体施工、基坑开挖施工、结构施工全过程，各施工阶段坑周市政管线、建构筑物表现出了不同的变形特性，图5 给出了河道防汛墙竖向位移历时过程曲线。

图5 河道防汛墙竖向位移历时过程曲线

4 结论

（1）平面尺寸较小的软基深基坑土方开挖量小，支撑安装便捷，总体施工周期短，时间效应与空间效应小，坑周附加应力及坑内土体疏干效果亦是围护桩产生水平位移不可忽视的因素。

（2）坑外防渗帷幕的防渗性能是基坑土方开挖安全的重要保障，坑外地下水水位变化观测成果是防渗性能的直接反应，因此水位测值的采集应确保其准确性与可靠性。

（3）高压旋喷施工工艺效率高，可快速形成防渗帷幕，但施工产生的挤土效应明显，周边市政管线及建构筑物变形明显，特别在软基地区超静孔隙水消散时间长，对环境安全保护较为不利，在城市管线及建构筑物密集区域应慎用，可考虑采用水泥土搅拌桩替代。