厚软土地区深基坑支护设计与监测分析

　　摘　要：介绍了嘉兴晶辉广场深基坑工程的设计方案，并对施工过程进行监测，做到了信息化施工。通过对施工过程中深层土体位移变化、周边道路的沉降变形、锚桩拉力变化以及坑外地下水位变化进行分析，结果表明在软土地区预应力锚桩的预应力衰变速率较大，钢支撑对土体位移的限制作用较好，SMW工法桩有很好的止水效果。
　　关键词：基坑；软土地区；支护；设计；监测
　　近年来，随着地下空间的开发和利用，超大深基坑不断涌现，基坑开挖期间现场监测工作也日益受到重视。在软土地区，正确选取基坑的支护形式，对施工过程进行信息化监测，显得尤为重要。目前工程中常用钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑+水泥土搅拌桩止水帷幕，地下连续墙二墙合一+钢筋混凝土支撑，放坡土钉墙支护，钻孔灌注桩+锚杆，SMW工法桩+钢支撑等支护形式。本文以浙江嘉兴晶辉广场深基坑支护工程为例，阐述SMW工法桩配合预应力装配式钢支撑和预应力锚桩这种复杂支护形式在厚软土地区的支护效果，为同类基坑工程设计施工提供参考。
　　1工程概况
　　晶晖广场场地位于嘉兴市南湖区，建筑总用地面积20747.8m2，总建筑面积116580m2，其中地上建筑面积82966m2，地上拟建1幢25层商办综合楼，1幢29层商办综合楼及2～4层商铺，地下室2层，基础形式采用桩基础，基坑呈不规则多边形，基坑周长约585m，开挖面积约为17031m2;场地较平坦，基坑周边地面标高为黄海高程2.400m左右，基坑实际开挖深度为8.9m。基坑东侧地下室外墙距离南湖大道绿化带约45m，基坑南侧地下室外墙距离马塘路约8.8m，基坑西侧地下室外墙距离秦逸路约10.15m，基坑北侧地下室外墙距离曲善泾绿化带约15m。
　　2工程及水文地质条件
　　2.1工程地质条件
　　本场地在最大勘探深度范围内分布地层除表层填土外，主要为全新世中期Q42的褐黄色、灰黄色黏性土层、灰色淤泥质粉质黏土、砂质粉土层;全新世早期Q41的灰色粉土、粉土夹黏性土层;晚更新世晚期Q32灰色砂质粉土、褐～黄褐色黏性土层。其沉积环境为人工堆积、海相沉积、河湖相沉积及冲海相沉积。基坑支护设计详细土层如表1所示。

　　2.2水文地质条件
　　场区勘探深度内以浅层地下水为主，主要为浅部孔隙潜水以及承压水。孔隙潜水主要赋存于浅部②层及③层土中，稳定水位埋深一般在1.0～2.0m，潜水水位变化主要受控于大气降水垂直渗入补给，以及微地貌的控制，与场地北侧的河流有一定的水力联系;承压水赋存于深部的粉性土、砂性土中，实测水位标高为黄海－1.000m左右，水位比较稳定。
　　3基坑支护设计
　　3.1基坑支护形式选取(见图1)
　　根据本工程的特点、施工条件及相关规范，基坑工程侧壁安全等级为一级，根据场地地层特点、周边环境条件以及挖深等因素，进行支护方式选型。竖向支护体系最终采用SMW工法桩，水平向支撑体系最终选取预应力鱼腹梁工具式钢支撑和旋喷加劲桩组合的形式。
本工程坑底以下⑤1层砂质粉土存在承压水，经验算可能会造成坑底突涌;本基坑坑内布设23口减压井降低承压水水头高度，保证基坑安全。
　　3.2支护结构设计
　　根据基坑的特点选取2个典型剖面，支护体系剖面如图2所示。
　　1)1—1剖面(见图2a)
　　本剖面基坑开挖深度为8.9m，竖向围护采用SMW工法桩，SMW工法桩采用Φ850@600三轴搅拌桩内插H700×300×13×24，水平向支撑。 　　2)3—3剖面(见图2b)
　　本剖面基坑开挖深度为8.9m，竖向围护采用SMW工法桩，SMW工法桩采用?850@600三轴搅拌桩内插H700×300×13×24，水平向支撑采用3道旋喷加劲桩;第1道加劲桩直径600mm，倾角20°，水平间距1600mm，长度16/18m，长短间隔布置;第2道加劲桩直径600mm，倾角20°，水平间距1600mm，长度17m;第3道加劲桩直径500mm，倾角45°，水平间距2000mm，长度17/19m，长短间隔布置。
　　3.3有限元法分析
　　使用上海启明星环境分析软件，通过有限元计算，对基坑支护安全性进行分析计算。
　　分析中土体采用三角形单元;围护结构、邻近基础、工程桩和隧道采用梁单元;内支撑采用弹簧。考虑围护结构、邻近基础、工程桩与土体共同作用。在管线相应位置建立节点，来间接反映基坑开挖对地下管线的影响(即不考虑管线自身的刚度影响)。围护结构与土之间设接触面单元。
　　4基坑施工监测
　　4.1监测内容
　　在基坑开挖及基础施工期间，对周围环境和围护结构的变形进行监测，以便根据变形情况，及时采取有效的防护措施，确保周围环境和围护结构的安全，使整个基础施工处于安全、受控状态，做到信息化施工。主要监测项目包括:围护结构顶部垂直及水平位移监测、深层土体水平位移监测、土压力监测、支撑轴力及加劲桩锚索拉力监测、基坑外侧地表沉降监测和基坑外侧地下水位监测。
　　4.2监测方法
　　1)沉降监测
　　沉降监测采用caissNi004精密水准仪加测微器和铟瓦标尺，依照国家二等水准的标准进行测量。
　　2)水平位移监测
　　水平位移监测使用WILDT2经纬仪，采用视准线法或小角度法进行位移观测。经纬仪测站点定期用全站仪进行复核。在通视条件不良情况下，用全站仪进行坐标测量。
　　3)深层土体位移监测
　　预埋测斜管，采用CX—3C测斜仪监测土体的变形。观测时，可由管底开始向上提升测头至待测位置，或沿导槽全长每隔500mm(轮距)测读一次，测完后，将测头旋转180°再测一次。两次观测位置(深度)应一致，合起来作为一测回。每周期观测两测回，每个测斜导管的初测值应测四测回，观测成果均取中读数。
　　4)坑外水位监测
　　水位监测采用SWY-31型钢尺水位仪，观测精度±0.1mm。
　　5)支撑轴力及旋喷锚桩拉力监测
　　通过轴力计采集仪采集轴力计测量数据，直接读数。
　　4.3监测结果分析
　　4.3.1深层土体水平位移监测
　　带支撑部分1—1剖面选取CX04测斜孔，纯锚桩部分3—3剖面选取CX14测斜孔，对这2个不同围护形式典型剖面深层土体位移数据做对比分析，分别绘制深层土体水平位移随时间变化曲线，如图3所示。随着基坑开挖的进行，基坑土体的位移量逐渐增大，最大位移量的深度也在不断加深，开挖到设计深度后，土体变形达到最大值。CX04最大值出现在8m处，最大值为52.76mm;CX14最大值出现在7m处，最大值为51.77mm，最大位移值均出现在基底附近。
　　两图对比可看出随着开挖深度的增大，基坑顶部的位移增加量是不同的，纯锚桩部分CX14孔位移明显大于带支撑部分CX04孔。
　　由此对比可见在软弱土层中支撑对变形的控制较预应力锚桩要好。土体的整体变形主要发生在坑底以上2m左右，土应力最大处，我们通过有限元法计算也得到了这一结论。
　　4.3.2基坑外侧地表沉降分析
　　基坑外侧地表沉降监测主要对基坑西侧道路和南侧道路进行监测，共布设11组，每组3个，共33个监测点。现选取其中6组典型监测点进行分析。道路沉降随时间变化曲线如图4所示。随着基坑的开挖，基坑西侧道路开始发生沉降变形，约2mm，在第2道锚桩施工完成后，道路沉降变形趋于稳定，随着开挖深度和开挖面积的增加，变形继续增加，在底板施工完成后，变形趋于稳定，最大变形量为13.9mm，这与有限元分析计算结果也基本吻合。
　　4.3.3加劲桩锚索拉力监测
　　选取基坑北侧3—3剖面锚桩在纯软弱土层和在硬土层中的轴力变化进行分析。锚索拉力随时间变化曲线如图5所示。
　　第1道锚桩在软弱土层中，由图5a可知预应力张拉到170kN后迅速衰减，1d后衰减至70kN稳定，随着土体分层开挖，锚索轴力随之阶梯状增加，最后稳定在174.5kN。
　　第3道锚桩进入砂质粉土5m左右，张拉预应力到320kN，4d衰减至315kN稳定，之后随着土体的开挖，锚索轴力缓慢增加，最后趋于稳定，拉力值约为346kN。
　　根据锚索轴力监测结果，结合土体位移监测结果，在软弱土层中锚索张拉后预应力难以保持，衰减幅度较大。之后随着土体的开挖锚索轴力逐渐增大，坑外土体产生较明显的水平位移，且位移达到稳定的时间较长;当锚索进入砂质粉土一定深度后，张拉后锚索预应力保持较好，随着土体开挖锚索轴力变化不大，土体水平位移很小，且达到稳定的时间短。
　　4.3.4基坑外侧地下水位分析
　　基坑外共布设6个水位观测孔，地下水位随时间变化曲线如图6所示。基坑开挖由北向南推进，在基坑开挖期间，坑内通过管井降水，坑外地下水位随时间变化上下波动，尤其北侧波动较大，但都在设计要求范围之内，最后水位趋于稳定，这说明SMW工法桩止水效果较好。
　　5结语
　　本文选择典型的监测点对嘉兴晶辉广场深基坑施工监测结果进行分析，得出以下结论。
　　1)在软土地区中，由于软土蠕动较大，预应力锚桩的预应力衰变速率较大，对变形的控制效果不如支撑，但通过增加预加力和复拉可以有效减少应力损失，减小基坑变形。
　　2)随着基坑开挖深度和开挖面积的增大，基坑外侧道路沉降变形增大，在底板施工完成后，变形趋于稳定，最大变形量为13.9mm，对周边环境造成的影响较小。
　　3)在基坑开挖过程中，基坑外侧地下水位在小范围内上下波动，最后趋于稳定，这说明SMW工法桩的止水效果较好。