■ 缪扬扬

（福建省交通科研院有限公司， 福州 350004）

基坑开挖过程，除涉及围护结构受力变形方面的问题，还涉及包括土力学方面土压力理论等诸多方面的问题。 从对城市发展需要的适应角度看，基坑开挖得越深，其保护就越严格。 在城市车行通道的基坑开挖工程上尤其如此。

本文结合工程实际开挖顺序，采用理正岩土工程软件对基坑开挖中围护桩深层水平位移进行模拟分析[1]，与现场实际监测数据进行对比，来探讨模拟分析的可行性及可靠性。

1 工程概况及测点布设

1.1 工程概况

该项目位于福州市仓山区洪山桥头， 及南北两侧洪甘路杨桥路局部路段，起点里程桩号YK0+116.278，终点里程桩号YK0+630。 车行通道位置YHK0+170～YHK0+550，总长380 m（图1）。基坑开挖深度为2.0～15.02 m（局部泵房地段基坑深度为15.02 m）， 基坑开挖及围护桩作用深度范围内的地质条件较差，主要为填筑土、淤泥质黏土、粉质黏土。人行地道位置YK0+370，位于杨洪车行通道之上。 本车行通道及人行地道位于杨桥西路、洪甘路与洪山桥交叉处， 是由市区经由洪山桥进三环路的重要交通要道，车流量大，行人密集，交通疏解及交通组织难度大。

1.2 工程地质评价

图1 本项目地理位置示意图

根据前期勘察资料分析，各岩土层地质情况相对较稳定，但厚度不均匀，其岩性及力学特性均存在局部差异变化的特征；同一岩土层之间的工程特性具有一定差异性。 场区地势较低，基岩埋深较深，且有流塑状淤泥质黏土分布， 因此不适合使用天然基础，建议使用桩基础，基础持力层建议选择全风化花岗斑岩。 由于本场地揭露的全风化及强风化层顶埋深起伏相对较大， 应重视基岩面起伏造成的局部岩面坡度较大对桩基稳定性的影响， 进行桩基础施工时，维护桩端应嵌入持力层，确保基础的稳定性。

地道区域上部为Q4ml人工填筑土及Q4ml+m冲海积淤泥质黏土、粉质黏土，下伏基岩为γπ53d燕山晚期第四次侵入花岗班岩。 取地层参数如表1。

所在区域河流一级阶地区场地类别为Ⅲ类，场地抗震设防裂度为7 度， 不良地质作用与特殊岩土，主要为软塑状泥质黏土，对工程稳定性存在不利影响。

1.3 土方开挖工序

根据基坑整个横断面的宽度和分层深度，从一端开始向前开挖；每层开挖深度约2.0 m。

表1 各岩土层特征一览表

土方开挖原则：竖向分层，纵向分段，中部拉槽。 根据钢支撑及现场实际等情况，拟将基坑竖向分2～7 层，竖向分层高度根据围护结构尺寸及挖掘机开挖能力确定。 支护桩桩身强度达到要求后，进行土方开挖工作，土方纵向开挖分2～4 层，第一层为场平地面至冠梁底以下50 cm， 完毕后开始进行冠梁的施工。 施工第一道钢筋砼支撑，钢筋砼支撑施工于冠梁上，中心位置为冠梁中心，与此同时开始进行第二层中部拉槽，槽顶边沿距两边护坡桩内侧须留置2 m 宽的土台，拉槽坡度为1∶0.5，以利于挖土机进行以下土方的开挖。 第二层开挖至第二道钢管支撑以下50 cm，施工第二道钢管支撑。

1.4 深层水平位移监测测点布设

根据基坑围护实际情况，考虑基坑在开挖过程中坑底的变形情况，在基坑的围护桩重点保护区域埋设围护墙测斜孔 （内径75 mm ABS 测斜管），埋深与围护桩同深。 ABS 测斜管在灌注围护桩前，绑扎在钢筋笼上，一同灌注。 接头用自攻螺丝拧紧，并用胶布密封，管口加保护钢管，以防损坏。 管内有二组互为90°的导向槽，导向槽控制了测试方位，下管时使其一组导槽垂直于基坑围护，另一组导槽平行于基坑围护并保持测斜管竖直，如图2 所示。

图2 剖面测点布置图

2 围护结构深层水平位移模拟分析

对基坑开挖最深部位围护桩内力进行模拟分析，内力计算方法采用增量法，支护结构安全等级为一级，重要性系数取1.10，基坑深度为15.0 m，灌注桩桩径1.20 m，桩间距1.50 m，嵌固深度12.0 m，基坑周边超载取20 kPa，地层参数及应力数据表见表2～3。

表2 岩土参数

表3 应力数据

采用模拟计算方法得出基坑侧壁在开挖至0.5 m、7.5 m、12.0 m、15.0 m 时的水平位移及土压力曲线，如图3～6 所示。

3 围护结构深层水平位移监测

采用CX-06B 测斜仪对围护结构深层水平位移进行监测， 监测前测斜管已按规范要求进行布设，监测时将测斜仪探头置入测斜管底后，待探头接近管内温度后， 自下而上以不大于0.5 m 的间隔逐段测量，每个监测方向应进行正、反两次监测[2]。计算公式：

式中：ΔXi——i 深度的累计位移 （计算结果精确至0.1 mm）；

Xi——i 深度的本次读数/mm；

Xio——i 深度的初始读数/mm；

Aj——仪器在0°方向的读数；

Bj——仪器在180°方向的读数；

C——探头的标定系数；

L——探头的长度/mm；

αj——倾角。

对本次基坑开挖最深部位围护桩的深层水平位移进行监测，监测结果见表4～5。

图3 开挖至0.5 m 时基坑周围的土压力与位移曲线

图4 开挖至7.5 m 时基坑周围的土压力与位移速率曲线

表4 ZCX-3 最大位移处

表5 YCX-3 最大位移处

由上表可知，在整个施工过程中围护结构深层水平位移是趋于前倾型的，其原因在于围护桩中下部位移在第二道钢支撑没有及时架设的情况下变得特别大，在钢支撑架设后位移值下降的趋势是特别明显的。

4 围护结构水平位移模拟计算与实际监测位移对比分析

将基坑开挖后的实际监测值与模拟值进行比较分析得知：深层水平位移监测结果与模拟计算结果所得出的深层水平位移变形曲线形态相似，但模拟计算值略小于实际监测值，见图7～8。

图7 基坑开挖后ZCX-3 深层水平位移对比

图8 基坑开挖后YCX-3深层水平位移对比

由图7～8 对比发现模拟计算结果和实际监测数据大致吻合， 而较大的变形是在钢支撑在无法及时架设的情况下出现。 由此可见，就基坑支护开挖的具体过程而言， 借助于模拟计算是能够将其各个施工工序予以超前掌握的。

有关在围护结构受力变形方面规律的探索，对于模拟结果的正确利用，能够起到关键性作用。 这也说明三个方面的合理性：其一为本构模型；其二为计算参数的选择；其三为模型建立的具体过程。

5 结论

以福州市杨洪车行通道为例，借助理正软件的应用，建立了深基坑开挖全过程方面数值模型。 相关的研究结论如下：

（1）以同类地质条件为根本前提，在第二道钢支撑未及时架设的情况下，“大肚”曲线会随围护桩中下部位移变化较大而出现。 就基坑而言，其变形位置和最大水平位移分别位于围护墙体中下部和基坑开挖的最深处。 桩体的变形要得到合理控制，就要有效控制支撑预加力、严禁超挖并及时架设钢支撑。

（2）在基坑计算模型的建立中，依据摩尔-库仑本构关系作为基础，能够得出深基坑围护结构深层水平位移变化的规律。 周围土体在基坑开挖加深的情况下，会慢慢朝着基坑的中下部不断地挪动和挤压，在这种情况下，其变形量出现最大的态势，内支撑在中部位置的强化，使施工过程中围护结构底部及顶部变形减小。

（3）对比发现模拟计算结果和实际监测数据大致吻合，说明在计算模拟基坑开挖过程中周围土体对围护结构产生的土压力是合理的，借助于计算模拟，能够较为准确地预测基坑开挖过程土压力与围护结构深层水平位移，对指导下一步基坑开挖施工时防护方案的修正具有重要的意义，对基坑开挖过程中合理安排施工计划具有重要意义。