陈致富

（福建省建筑科学研究院， 福建 福州 350000）

0 引言

随着国家城市化以及基础设施的快速发展,各城市正大力发展地铁建设，地铁建设过程中遇到的各种地质问题日益凸显，深大基坑工程也发展迅猛，对各种不同地层条件、不同环境下的地铁车站基坑变形的研究成果也较为丰富。江晓峰等[1]根据软土地区深基坑围护墙变形和墙外地表沉降的监测数据研究得出围护墙变形曲线形态特征、地表沉降曲线以及地表沉降影响范围等结论。顾蒙娜等[2]结合地铁车站基坑工程，对深厚软土场地地铁深基坑挡墙的水平位移及坑外地表沉降的监测数据进行了统计分析，研究了地连墙最大水平位移与墙后地表最大沉降的统计关系。杨科等[3]结合室内试验结果和基坑开挖过程中的实测数据，对上海地区基坑的变形特性和坑外土体扰动变形机理进行了分析和探讨。王建华等[4]针对上海地区，C.Ou等[5]针对台北软土地区，刘念武等[6]针对杭州地区，K.Karlsrud[7]针对奥斯陆软土地区分别给出了软土条件下的基坑变形特性。

本文主要以福州地铁 2号线某软土深基坑为实例，对基坑开挖过程地下连续墙变形全过程的异常原因进行分析，以便于为福州软土地区的类似基坑工程提供参考。

1 工程概况

该地铁车站主体采用明挖法施工，基坑长约200m，宽19.7m～23.8m，开挖深度约16.0～18.1m；基坑安全等级为一级，重要性系数1.1。基坑支护结构采用0.8m厚地下连续墙加4道竖向内支撑的围护体系结构，其中第一道支撑采用700mm×1000mm钢筋混凝土对撑及角撑；第二道支撑在端头井区域采用700mm×1000mm钢筋混凝土支撑，其余采用Φ609钢管对撑；第三、第四道均采用Φ609钢管对撑及角撑。

同时，地下连续墙施工完成后对车站范围内土层进行了地基加固处理，标准段采用直径Φ700mm@500mm双轴搅拌桩进行抽条加固，端头井采用Φ 850mm@600mm三轴搅拌桩进行抽条加固，具体的基坑支护结构剖面图如图1。

图1 基坑支护结构剖面图

根据周边环境调查资料，基坑周边无重要建筑物，西侧为大片空地，东侧围挡紧靠乌龙江大道，此道路为城市主干道，双向 8车道，车流量较多，且道路下埋设有Φ1200mm的砼污水管，埋深约9.0m，距离车站主体围护结构约4.2m，位于基坑开挖的主要影响范围内。

场地所处地层由上至下依次为：素填土、杂填土、粉质粘土、粘土、淤泥、淤泥质土、淤泥夹砂、粉细砂、粗中砂、淤泥质土、卵石、砂质粘性土(硬塑)、花岗岩，基底部分处在淤泥质土层。地下水水位埋深1.4～4.2m。各土层的地质岩土特性参数详见表1所示。

表1 岩土物理参数表

2 基坑施工过程及监测点布设

基坑土方开挖过程中，自南端头开始，由南向北采取分层、分段开挖。为了便于区分施工工况，将基坑支撑从上往下将基坑土层分为表层土、第二层土、第三层土、第四层土，其中表层土开挖工况主要为冠梁及第一道混凝土支撑施工阶段。

根据现场施工情况和进度，将基坑土方开挖分为五个阶段，施工阶段详见表2。

表2 基坑施工阶段

本基坑设置了围护结构水平位移与沉降，土体侧向变形、支撑轴力、地表沉降、管线沉降、地下水位等监测项目，限于篇幅，本文以北段测点为分析重点，监测点平面布置图只显示北段部分，监测点平面布置图见图2。

图2 基坑监测点平面布置图（北段）

3 监测成果及分析

3.1 基坑围护桩深层水平位移

选取基坑中间以及端头的围护结构等典型测点进行研究。在基坑不同方向以及变形最大处共选取四个深层水平位移监测点，四个深水平位移监测点的时程曲线图如图3-图6所示。在不考虑被动区加固情况下设计计算的围护结构变形图如图7所示，其中ZQT4、ZQT5、ZQT19为基坑中部监测点，ZQT24为北端头监测点。

图3 ZQT4深层水平位移时程曲线图

图4 ZQT5深层水平位移时程曲线图

图5 ZQT19深层水平位移时程曲线图 图6 ZQT24深层水平位移时程曲线图

从图3～图6可以看出，深层位移变化曲线呈现典型的内凸式变形，其中围护墙顶部位移较小，甚至出现朝向坑外的变形，而最大水平位移发生在基坑开挖面以下约3m～5m处，并随着土方开挖逐渐向下移动，基本和基坑施工工况相符，但最大水平位移发生位移略低于常规的变形最大点位置。在常规的围护墙变形曲线中，围护桩最大水平位移发生位置通常位于基坑开挖面以上一定区域，这表明本工程围护墙的最大水平位移发生位置与常规变形曲线存在一定差异。

从整个施工过程来看，围护结构变形量较大，除了端头井测点，其他测点平均最大位移量到达60mm以上，基坑中部位置位移量最大，其中ZQT4、ZQT5最大变形达到了100mm左右。另外，从时程曲线图可以看到，在基坑第二层土方开始开挖时，围护结构就发生较大的变形，其中ZQT4、ZQT5在土方开挖至4m深度处，变形数据即达到 30mm以上，超过了报警值（30mm），在第三、四层土开挖时，围护结构的变形量也较大，直到底板封底之后变形趋势趋于稳定。

3.2 围护墙变形异常原因分析

（1）真空降水

在第二层土方开挖时，现场发现第一道混凝土支撑底部与垫层之间存在（5-8）cm的缝隙。经现场调查，该现象是由于基坑开挖前真空降水所致，由于真空降水使得淤泥质土固结收缩，软土的固结在提高了淤泥质土的强度同时，也导致了基坑内土体固结沉降，并引发基坑内土体与地连墙之间的缝隙，即真空降水对于围护墙的变形异常存在较大的影响。

（2）被动区加固体与地连墙之间未紧密贴合

变形曲线可以看出，是否考虑被动区加固的作用对于变形曲线的形态及最大值发生位置具有显著的影响。其中，当考虑被动区加固的作用时，围护桩的最大水平位移显著减小，同时变形曲线最大值发生在基坑开挖面以上一定高度，但不考虑被动区加固时，变形曲线不仅位移显著增大，且最大水平位移发生位置明显下移，这也在一定程度上解释了图3～图6中变形曲线中最大水平位移发生位置下移的现象。

（3）土方超挖、支撑架设不及时

同时，在基坑开挖过程中，若土方发生超挖，且支撑架设不及时，即将引发围护墙发生显著位移。在现场实际土方开挖过程中，由于现场调配及土方开挖工序等问题，支撑未能及时架设，使得围护桩变形显著增大，即围护墙变形异常与施工时支撑架设不及时、土方超挖有着较大关系。

（4）地层及坑外超载不对称

此外，由于围护结构东侧和西侧土层存在一定差异，其中东侧软土层相对较厚，加上基坑东侧紧靠交通要道，受车载以及振动影响，围护结构的变形比相对应的西侧围护结构变形大。

3.3 基坑支撑轴力

TZL1-4、TZL1-5为 4、5断面第一道混凝土支撑支撑轴力测点，GZL2-4、GZL2-5、GZL3-4、GZL3-5以及GZL4-4、GZL4-5分别为4、5断面第二至第四道钢支撑支撑轴力。

支撑轴力随着基坑的开挖而增大，随着基坑底板封底数据区域稳定。第一道混凝土支撑随着第二层土方开挖，支撑轴力增加速率较快，局部存在波动情况，这与基坑开挖时土方、周边超载变化等因素有关。其他钢支撑轴力数据正常，未超过设计值，即在围护结构变形较大的情况下，支撑轴力值没有显著增大变化，这表明尽管基坑变形存在异常，但基坑支护结构受力总体是安全的。

3.4 基坑周围地表沉降

地面沉降测点间距标准段为20m，端头段为10m，每断面布设3个测点，测点间距分别为2、5、8m（详见图3）

4 结语

通过对福州软土地区某地铁深基坑变形及内力监测数据的分析，可以得出如下结论：

（1）坑内真空降水使得淤泥质土发生固结收缩，并引发地连墙发生朝向坑内的变形，并同时导致坑外周边地表产生较为显著的沉降变形，即真空降水对围护墙的变形异常存在较大的影响。

（2）被动区加固体与地连墙之间是否紧密贴合对于围护墙的变形性状存在较大影响，当被动区未与围护墙紧密贴合时将导致围护墙最大水平位移的深度发生显著下移。

（3）在基坑开挖期间，土方超挖及支撑架设不及时等不规范施工亦是基坑围护结构较大变形的一个主要因素，在施工过程中需引起高度重视。

（4）由于地层分布不均匀、周边超载不对称等也会对基坑围护结构的不对称变形产生影响。

[1]江晓峰，刘国彬，张伟立，等.基于实测数据的上海地区超深基坑变形特性研究[J].岩土工程学报，2010，32（S2）:570-573.

[2]顾蒙娜，庄海洋，刘雪珠，吴祥祖，冯树森.深厚软弱场地地铁车站基坑变形规律统计分析[J].地下空间与工程学报，2015，11（1）:172-176.

[3]杨科，贾坚.上海软土基坑变形土体扰动机理及室内试验研究[J].地下空间与工程学报，2013，9（6）:1266-1270.

[4]王建华，徐中华，王卫东.支护结构与主体地下结构相结合的深基坑变形特征分析[J].岩土工程学报，2007，29（12）:1899-1903.