上海轨交16号线风井基坑施工监测与变形分析

　　摘要：文章以上海轨交16号线风井基坑为研究对象，介绍了该风井基坑开挖施工涉及的关键工序。通过对地下连续墙墙顶沉降、测斜位移及立柱沉降的监测，探讨了基坑开挖施工过程对围护结构、支撑及立柱的影响，得出地表沉降随基坑开挖深度增加而增大，测斜位移与基坑深度呈抛物线形。
　　关键词：基坑开挖；围护结构沉降；测斜；监测分析

　　1引言

　　在基坑变形控制设计中，变形预测分析是其中一项很重要的内容，由于基坑开挖工程的复杂性，现有理论不能同时考虑复杂地层、复杂环境、地下水变化等因素对变形的影响。现场实测变形数据是施工过程中各种影响结果的集中体现，分析研究现场监测数据成为人们认识基坑变形特性的有效途径。同时基坑工程具有明显的区域性和个性，上海地区软土具有明显的“含水量高、灵敏度高、压缩性高、密度低、强度低、渗透性低”等特性，对位于上海的基坑开挖的实施造成很大的影响。

　　2工程概况

　　2.1基坑概况

　　上海轨交16号线6标惠浦中间风井基坑位于浦东新区，周边环境复杂，基坑南侧为1幢8层中学教学楼，距离基坑30m；基坑东侧、北侧为行车道路，分别距离基坑20m和25m；基坑西侧是腰沟河，距离基坑15m。施工场地布置见图1。

　　基坑平面尺寸为39m×22.5m，围护采用了厚1200mm的地下连续墙，地下连续墙深48m，基坑开挖深度为28m；坑内共设8道支撑，第一道为1000mm×800mm的钢筋混凝土支撑，第四道采用1000mm×1000mm钢筋混凝土支撑，第二、三、五、六、八道采用直径为609mm的钢管支撑，第七道钢管支撑为双榀，见图2。
　　2.2工程地质与水文条件

　　1)工程自地表向下2.7m为①填土层，填土以下1.7m为②粉质黏土层，粉质黏土以下2.3m为③砂质粉土层，该层土渗透系数较大；砂质粉土以下12.1m为淤泥质黏土，该层土为流塑状态。开挖面位于⑦粉质黏土层，各土层性质见表1。
　　2)拟建场地地下水类型有浅部土层的潜水和深部粉砂层的承压水。浅部地下水埋深一般为2m左右，承压水埋深为10m左右。

　　3基坑施工

　　3.1降水

　　1)③砂质粉土层是主要的潜水含水层，⑤淤泥质黏土层为软弱土层，疏干降水重点考虑这2个土层。为避免疏干井揭穿承压含水层，设计疏干井井底距⑦粉质黏土层层顶3m左右。

　　2)由于基坑围护深度为48m，插入含水层深度较大，围护对承压水有明显隔水作用，坑外降水对坑内影响较小，故只需在坑内将承压水水位降至基坑防突涌稳定时的水位值，即控制水位埋深约为29.3m。

　　3)在基坑开挖前1个月进行疏干降水。承压井降水时，为了减少对周围环境的影响，遵循“按时、按需”的降水原则，根据观察井的水位数据及时调整承压井降水方案，当水位较高时，要不间断地进行降水，并且根据需要增加相邻承压井的降水强度，观察井水位较低时，可以适当地减少相邻降压井的降水强度，以最大限度减少对周围环境的影响。

　　3.2开挖

　　基坑开挖采用明挖法分层分块、放坡、对称进行，严格遵循“时空效应”原理。

　　1)及时对地下连续墙有渗漏处进行堵漏处理；

　　2)开挖前，在基坑底部进行注浆加固，加固质量检测合格后方可进行开挖。

　　4施工监测

　　4.1监测内容

　　基坑开挖过程中，必须保证支护结构的稳定性，为了及时收集、反馈和分析周围环境及围护结构在施工中的变形信息，实现信息化施工，确保施工安全，确定了以下监测内容：

　　1)围护墙体在深度方向上的水平位移(测斜)监测；

　　2)支撑轴力监测；

　　3)基坑外地下水位监测；

　　4)支撑立柱隆沉监测；

　　5)周边建筑物沉降监测。

　　4.2监测点布置

　　由于测点多，图3仅标出墙顶沉降、测斜、立柱(LZ1)监测点。Q代表地下连续墙墙顶沉降监测点，CX代表测斜监测点。
　　4.3监测频率

　　基坑开挖是从2010年12月15日开始，至2011年4月15日结束。基坑监测频率根据基坑施工进程来安排。在开挖初期，由于开挖深度较浅，土体含水量较小，监测的周期为每天1次，开挖至5m以下时，监测周期为每天2次。

　　4.4监测结果

　　1)图4为地下连续墙墙顶沉降曲线图。
　　从图4可以看出：基坑开挖初期，墙顶沉降处于逐渐增大的趋势，随着基坑开挖深度增大，墙顶沉降出现快速的反弹，由沉降变为上浮，在10d内上浮量达到6mm左右；随着承压井的抽水力度的加大，墙顶开始缓慢沉降，最终墙顶最大沉降达到8mm。

　　地下连续墙产生上浮的原因是：基坑开挖时段恰遇阴雨天，地下水水位上升。

　　2)图5为CX1测斜曲线图(CX2、CX3及CX4测斜曲线图形类似)。
　　从图5可以看出，测斜位移与基坑深度呈抛物线关系，位于地下连续墙顶部和端部的变形较小，位于地下连续墙墙中部水平位移变化明显。

　　(1)开挖至第一道圈梁位置时，CX1孔不同深度变化均较小，其中在24m深处水平位移是朝向基坑外侧，随着开挖深度的增大，各点位移值逐渐变大，并且都朝向基坑内侧。

　　(2)CX1、CX2、CX3及CX4最大水平位移都位于地下连续墙深度20m左右的位置，最大水平位移为58mm。

　　(3)在开挖至第二道圈梁时，变形量约为最大变形量的1/2。随着基坑开挖深度的不断增大，测斜变形量逐渐增大，变形速度越来越快。

　　根据设计规定，测斜孔观测值的报警值：日变化量为3mm，累积变化量为62mm。

　　3)图6为立柱沉降曲线图。
　　立柱沉降或回弹量过大会使支撑体系失稳，在影响立柱竖向位移的所有因素中，基坑隆起和竖向载荷是2个最主要的方面。随着基坑开挖的不断加深，立柱沉降逐渐增大，在2011年3月10日前后，立柱发生了向上的隆起，而在此期间，地下连续墙也发生了上浮。两者上浮幅度相当，时间节点也几乎相同，可以肯定，地下连续墙的上浮对立柱隆起产生一定的作用。

　　5结语

　　通过上海轨交16号线风井基坑开挖时对地下连续墙墙顶沉降、地下连续墙水平位移及立柱沉降的监测，可以得出以下结论：

　　1)深基坑开挖对围护结构变形有较大影响。开挖深度是影响地面沉降的重要因素，随着开挖深度的增大，基坑变形越大，变形速度越快。

　　2)围护结构水平变形是两头小、中间大的抛物线形。最大水平变形出现在围护结构深度的一半处。

　　3)围护结构在开挖过程中还会出现上浮的现象，该现象会影响钢支撑体系的稳定性，甚至会影响基坑的安全，要引起足够的重视。