基坑变形控制.docx

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基坑变形控制

基坑变形控制

1概况

1.1、下穿道概况

连云新城滨海大道（新城闸～西墅闸）新建工程，设计起点位于新城闸，桩号K0+000，终点位于西墅闸，桩号K2+886.911，长2.887km。

下穿道工程为连云新城滨海大道中下穿纵五路隧道部分，下穿道采用箱形框架与U型槽相结合的结构形式，中间箱型框架结构段120m，两端的U型槽结构段分别180m、170m。

隧道施工采用直壁式支护大开挖方法，基坑开挖宽度29m，基坑最深处距现状地表7.5m。

基坑两侧为Ф800mm灌注桩，桩长20m，桩间距1m。

灌注桩外侧施工双排Ф650mm水泥搅拌桩做止水用，坑底采用水泥搅拌桩加固，加固深度4m。

坑内支撑采用Ф609mm钢管，支撑钢管水平间距4.5m，上下设置两层支撑，层间距3.3m。

本工程基坑变形控制保护等级为二级，基坑外地面最大沉降量≤100mm，围护结构最大水平位移≤100mm。

1.2、工程地质情况

根据勘察过程中钻探揭露、取样分析、结合静力触探资料，参照区域性地层资料，将场地内上部地基土分为9个工程地质层。

①-1层砂性填土：

回填时间不超过3个月，不均匀混有少量碎石、角砾及少量砂性土。

厚度：

0.60～3.30m,平均2.24m；层底标高：

0.02～2.04m,平均0.99m。

②-1层冲填土：

灰色～青灰色，流塑，光滑～稍有光滑，具腥味。

场地普遍分布，厚度：

2.00～4.10m,平均2.64m；层底标高：

-2.10～-1.12m,平均-1.71m。

②-2层淤泥：

青灰色，流塑，光滑，具腥味，局部相变为淤泥质粘土。

场地普遍分布，厚度：

11.90～13.80m,平均12.84m；层底标高：

-15.90～-13.28m,平均-14.55m。

③层粘土夹粉质粘土：

褐黄色，坚硬～硬塑，少量可塑，上部含少量粒径1～2cm直径不等的钙质结核。

场地普遍分布，厚度：

3.90～6.80m,平均5.63m；层底标高：

-21.12～-18.82m,平均-20.18m。

④层粘土：

褐黄色杂灰绿色,可塑,光滑。

场地普遍分布，厚度：

3.30～5.70m,平均4.32m；层底标高：

-25.65～-23.79m,平均-24.50m。

⑤层粘土：

灰色,可塑～软塑,光滑。

场地普遍分布，厚度：

15.10～20.00m,平均16.61m；层底标高：

-44.52～-40.02m,平均-41.11m。

⑥层中粗砂：

灰黄色,饱和,密实,局部夹有薄层粉土,夹层厚度小于30cm，下部混少量石英碎石,粒径2～5cm不等。

场地普遍分布，厚度：

4.60～9.30m,平均7.45m；层底标高：

-49.85～-47.54m,平均-48.56m。

⑦-1层强风化片麻岩：

灰白色～灰黄色,岩芯多呈碎块状,少量短柱状,粗粒变晶结构,片麻状构造,手捏可碎,主要矿物成份由石英、长石和云母等组成,岩体破碎。

场地普遍分布，厚度：

2.60～6.80m,平均5.67m；层底标高：

-55.05～-51.72m,平均-54.23m。

⑦-2层中风化片麻岩：

灰白色,岩芯呈短柱状,清晰可见中～粗粒变晶结构,片麻状构造,节理裂隙发育,结合一般,主要矿物成份有石英、长石和云母,RQD约为65。

①-2层砂性填土，性质均匀性差，回填时间短，透水性较好，属软弱土；②-1层冲填土为近期人工围海吹填后经地基处理形成的淤泥质土，均匀性、结构性差，属软弱土；②-2层淤泥均匀性好，高压缩性，强度低，工程性质差，属软弱土，透水性差；③层粘土夹粉质粘土分布较稳定，性质不均匀，中～高压缩性，强度中等，为淤泥下伏的中硬土层；④层粘土、⑤层粘土分布较稳定，性质较均匀，中～高压缩性，强度一般，属中软土；⑥层中粗砂均匀性差，中～低压缩性，强度中等，为中硬土，良好的桩端持力层。

⑦-1层强风化片麻岩低强度岩石地基，良好的桩端持力层。

⑦-2层中风化片麻岩中～高强度岩石地基，良好的桩端持力层。

2基坑变形控制方法

基坑变形控制主要从引起基坑变形的原因、阻止基坑变形的方法两方面着手。

前者是以主动的方式阻止基坑发生变形，如开基坑挖深度、施工顺序等。

而后者是以被动的方式抵抗基坑的变形，如支撑体系、土体加固等。

2.1、基坑土体加固

（1）基坑土体加固的必要性

由于开挖破坏了土体内力平衡，引起周边土体的位移变形，坑内基底应力释放使基底隆起，造成周围地面沉陷，因此需对基坑坑底土体进行加固。

基坑土体加固的目的是通过加固改变软弱土层的土体结构来提高土体强度，增强被动土的抗力，以增强基坑整体抗失稳的能力，使基坑周边的地面沉降得以控制。

（2）土体加固方法

基坑土体加固方法包括注浆法、双轴搅拌桩、三轴搅拌桩（SMW）、高压旋喷桩、降水等加固方式。

基坑土体加固方法及适用性可参见表1。

土体加固方法适用范围表表1

地基土性

加固方法

各类型地基土的使用情况

人工填土

淤泥质土

粉性土

砂性土

注浆法

慎用

慎用

适用

适用

双轴搅拌桩

慎用

适用

适用

慎用

三轴搅拌桩（SMW）

慎用

适用

适用

适用

高压旋喷桩

适用

适用

适用

适用

降水

慎用

适用

适用

本工程根据基坑土层性质设计采用水泥搅拌桩加固坑底。

搅拌桩加固是利用钻机搅拌土体把固化剂（水泥）注入土体中并将土体与浆液搅拌混合，浆液凝固后便在土层中形成一个圆柱状固结体。

本工程中搅拌桩直径650mm，桩间搭接150mm，加固深度4m。

坑底搅拌桩采用抽条加固的方式，抽条宽度3m。

在支护灌注桩的外侧设计两排止水桩，加固长度为坑底向下6m，桩直径650mm，桩间搭接150mm。

该种坑底加固方式增加了坑底土体的整体性，很大程度上阻止了坑底淤泥的隆起，避免了深基坑因开挖卸载而引起的坑底回弹，同时减少了土体的压缩变形和围护桩的水平位移。

（3）土体加固注意事项

Ø基坑变形控制等级较高时，在加固施工前需进行加固工艺的适宜性试验，通过试桩确定该场地条件下水泥掺量及操作技术参数。

Ø搅拌桩施工中需严格按照设计要求进行施工，精确控制水泥掺量及施工速度，保证桩体质量。

Ø坑底搅拌桩加固必须在基坑开挖超前一段时间进行，加固后土体养护龄期不小于28天，保证在开挖时搅拌桩强度已满足要求。

Ø坑底加固搅拌桩施工必须保证桩间咬合宽度，以增加加固土体的整体性，确保土体加固质量。

2.2、基坑土体开挖

（1）开挖对基坑的影响

基坑开挖卸载使基坑内部土压力减小，引起围护结构向基坑内的变形，围护结构的变形引起其后面的土体位移，并逐渐向离基坑更远处的土体传递，造成坑侧土体开裂及周边路面沉陷，严重者造成基坑的坍塌破坏。

（2）土方开挖

在软土深基坑的开挖中，随着基坑挖深的增加，基坑周围土体塑性区的发展，基坑变形速率也会相应增加。

适当减小每步开挖土方的空间尺寸、减少每步开挖所暴露的基坑支护桩的无支撑时间，是合理地发挥土体自身的抵抗变形的潜力从而解决软土深基坑稳定和变形问题的基本方法。

本工程中，在开挖深度范围内，土体主要为二次冲填土和淤泥。

冲填土和淤泥强度低，工程性质差，属软弱土。

针对该种软土地基，在开挖过程中遵循分段、分层开挖，随挖随撑的原则。

纵向分段、竖向分层。

整个基坑纵向根据开挖深度及支撑设置情况分为8个区，不同区段根据开挖深度采用不同的开挖方式。

图1基坑纵向开挖分段示意图

竖向先从原地面开挖至第一道支撑标高处，安装支撑并施加预应力，然后再进行土体开挖。

开挖至第二道支撑标高处时，安装第二道支撑并施加预应力完成后方可继续开挖。

图2基坑开挖示意图

（3）基坑内排水

在开挖过程中随时设置排水沟和集水坑，基坑开挖至每一个工作面都及时排水，确保基坑内不积水。

根据开挖进度，在基坑两侧设置集水坑，沿支护桩内侧开挖排水沟，各安装一台10kw泥浆泵抽水。

图3集水坑设置示意图

（4）基坑土方开挖要点

在长条形地深基坑中，基坑开挖的施工技术要点是：

按一定长度分段开挖、安装支撑和浇注结构，在每段开挖中再分层、每层分小段地开挖和支撑，随挖随撑并施加支撑预应力。

开挖的层面与支撑的层面相对应，每小段的开挖长度不应超过2道撑的范围（9m），每小段从开挖土方到架设支撑施加预应力不超过16个小时。

为确保基坑开挖纵向稳定，纵坡控制在1/3-1/4，开挖台阶高度或层厚不得大于1m。

不同工程基坑开挖可根据基坑工程设计斯选定的主要施工参数，按基坑规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件，确定可操作的开挖与支撑的施工程序及施工参数。

2.3、基坑支护体系

（1）基坑支护体系作用及组成

基坑围护体系是支撑基坑外巨大的土压力和附加荷载，阻碍基坑变形，防止基坑发生坍塌的主要结构。

目前深基坑较常用的支撑形式为内撑式基坑围护结构，该体系具有结构简单，受力明确，对坑外土体强度要求较低、施工可操作性强、进度快、钢支撑系统可循环利用等优点，在基坑支护施工中得到广泛的应用。

本工程基坑支护采用内撑式支护体系，由直壁围护桩、型钢围囹和钢管支撑和格构柱组成。

围护桩为直径800mm灌注桩，桩间距1m，桩长20m，桩顶浇筑钢筋混凝土压顶梁。

支撑钢管采用Ф609mm，壁厚16mm钢管，钢管间距4.5m。

其中钢围檩沿支护方向设置，φ609钢管垂直于钢围檩设置，460×460格构柱为竖向支撑，以减小钢管的竖向挠度、增强钢管支撑力。

（2）支撑预应力的施加

支撑轴力的施加可以在不改变最终轴力的基础上减少围护结构的变形和围护结构的内力。

预应力用油压千斤顶在支撑活络头处施加。

预加力按设计轴力50％施加，加至规定值时应再检查各节点连接状况，并对节点进行加固。

由于温度等原因造成预加轴力损失时需及时补加轴力至设计值。

（3）基坑变形过大时的应急措施

随着基坑开挖的加深，基坑变形速率也会相应增大，当基坑变形的速率超过控制范围，接近警戒值，而支撑轴力未达到自身的规定值时，可增大支撑轴力来控制变形；当支撑的轴力接近或超过设计值时，需增加变形监测频率，时刻掌握基坑变形情况，必要时可以通过基坑外侧挖土卸载的方式减小土体对支护结构的侧压力。

若卸载效果不明显，还可通过增设支撑来分解轴力，提高抗变形能力，阻止基坑变形进一步增大。

2.4、基坑变形监测

（1）变形监测的目的及监测内容

在施工过程中，由于基坑施工引起土体变形、水动力条件变化会对基坑本身及周边环境产生不利影响。

深基坑监测是一种直观反映基坑变形情况的监测手段，是信息化施工常用的一种方法。

施工监测在确保深基坑开挖安全上起着十分重要的作用。

该工程位于填海造陆区，周边无其它建筑物和管线，因此基坑监测内容主要为支撑轴力、围护结构的水平位移、沉降。

基坑变形观测点布置见图8。

W1～W20设置在支护桩顶冠梁上，进行沉降及位移观测。

LZ1～LZ10设置在格构柱柱上，进行格构柱的沉降观测。

钢支撑轴力观测点布置见图9，共设置18个（ZL1～ZL18）轴力观测点。

图4基坑沉降、位移观测点布置图

图5基坑钢支撑轴力观测点布置图

（2）监测仪器

水平位移：

选用日本TopConMS05全站仪，直接测量坐标法观测，并定期检核基准点稳定性。

垂直位移：

选用天宝DINI03精密电子水准仪，按二级沉降观测规范要求施测，并定期检核各基准点的稳定性。

支撑轴力监测：

选用608-A型钢弦式数字频率读数仪，仪器读数精度为±1HZ，观测精度为±1KN。

（3）监测频率

在不同的施工阶段，其监测频次有所不同，本次监测频率拟按表1进行，若施工工况及监测对象有变化，则根据需要作适当调整。

监测频次计划表表2

监测项目

土方开始开挖前

土方开挖期间

底板浇筑及支撑拆除

围护桩桩顶水平及垂直位移监测

2次初值观测

1次/天

2次/周

临时立柱垂直位移监测

2次初值观测

1次/天

2次/周

钢支撑轴力监测

2次初值观测

1次/天

2次/周

备注

监测点变化异常时可适当加密观测频率

（4）基坑变形监测注意事项

监测工作严格按照监测方案进行。

监测数据以日报表形式隔日提交有关各方，当测试数据（累计或日变化量）临近或超过报警值时，即加频监测，并向有关部门预警，以便采取相应技术措施确保工程质量和周围环境的安全。

轴力监测所使用轴力计的标定数据都是在室温恒定且理想的情况下进行的测定，因此在现场的测量中，应对所测数据计入温度效应的影响。

但由于现场没有对温度补偿或温度影响参数测定的条件，所以在轴力监测时，应统一在一天的同一时间进行观测，或者对测量的数据根据当天温度进行修正，这样，所得数据将可以较为准确的表现真实值。

目前振弦式轴力计在支撑轴力监测方面使用较多，但振弦式轴力计对现场震动较为敏感，因此在采集数据时需减小现场震动，尽量在施工机械停机的情况下测量。

2.5、现场施工管理

基坑开挖施工现场安全管理在基坑变形控制方面也起到重要作用。

现场安全管理主要包含施工材料堆放管理和施工机械管理。

（1）坑边附加荷载对基坑的影响

坑边堆土或堆放其它重型材料可使坑侧土体产生较大的附加侧压力，坑边堆物的附加侧向土压力主要与以下几个因素有关：

荷载大小q、坑边距离a、计算点深度z等几个主要因素有关。

在进行基坑稳定性验算中坑外地面超载取值为20KPa，因此，在坑边累计施工荷载不得大于20KPa。

图6基坑外荷载产生附加土侧压力曲线图图7基坑外荷载产生的附加土侧压力与距离关系图

（2）如何降低基坑外侧附加荷载堆基坑的影响

由基坑外荷载产生的附加土侧压力与距离关系图可知，紧靠基坑边缘时，对基坑支护结构作用的附加土侧压力最大值于坑外荷载几乎相等，对基坑变形影响很大，堆载距离对基坑围护结构影响十分敏感，因此在施工过程中严禁在基坑边缘堆放土方或其它重型材料。

施工机械在进行作业时要尽可能的远离基坑边缘，避免产生较大的附加侧向土压力。

大型土方运输车严禁在基坑边缘形式。

随着基坑的加深，进行下层土体开挖时需换用小型运输车辆运土，以减小坑外附加荷载。

当天施工结束，要把大型施工机械设备如挖机、吊机停靠在远离基坑且地基条件相对较好的场地。

3结语

本工程深基坑施工采取了合理的技术措施和严格的施工管理，采用信息法监测施工，在施工中取得了很好的效果。

基坑施工基坑各项变形指标均在设计允许范围以内，保证了深基坑施工的顺利完成。

图8施工完成的下穿道

4参考文献

[1]卜昌富《基坑边不同堆土方式与其所产生的附加土侧压力关系分析》建筑施工第33卷第11期；

[2]刘贵军张电吉徐杨青《地铁深基坑支撑轴力监测与分析研究》，山西建筑第34卷第1期；；

[3]刘建航侯学渊《基坑工程手册》，北京，中国建筑工业出版社，1997；

[4]李玉岐谢康和《深基坑开挖引起的基坑边形预测与研究分析》，工业建筑，2004，34（9）。

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