深基坑的时空效应法施工

 

　　为解决深基坑整体稳定和坑周地层位移控制题目，参考了新奥法隧道施工中的时空效应理论，并通过大量的软土基坑实践发现，在基坑施工过程中，每个开挖步骤的开挖空间几何尺寸，围护墙无支撑暴露面积和时间等参数对基坑变形具有明显的相关性。时空效应法就是考虑时空效应的施工步骤，其主要特点是：根据基坑规模、几何尺寸、围护墙体及支撑结构体系的布置、基坑地基加固和施工条件，按照“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则确定的施工方案。实践证实，科学地制定考虑时空效应的开挖、支撑设计施工方案，能可靠、公道地利用土体本身在开挖过程中控制位移的潜力，达到控制基坑变形及保护环境的目的。

 

　　2工程概况

 

　　以杭州市地铁一号线试验段秋涛路站为例，该基坑为长条形基坑，长259.6m，标准段宽度为19.0m，开挖深度16.5m～18.0m，端头井平面尺寸22.6m×12.3m，开挖深度18.2m～19.9m。围护结构采用Φ1000@750钻孔咬合灌注桩，设Φ609钢管内支撑，基坑标准段处的支撑及坑底标卓识图一所示。勘探资料表明，基坑处于砂质粉土和砂质粉土夹粉砂层中。

 

　　基坑开挖过程中，考虑时空效应的标准开挖方法为：

 

　　工况1：首次开挖至第1道支撑下，开挖标高为5.5m，开挖宽度为10m，无支撑暴露时间限制在20小时以内；

 

　　工况2：第2次开挖至第2道支撑下（标高1.9m），开挖宽度为3～6m，无支撑暴露时间限制在12小时以内；

 

　　工况3：第3次开挖至第3道支撑下（标高-1.6m），开挖宽度为3m，无支撑暴露时间限制在8小时以内；

 

　　工况4：第4次开挖至第4道支撑下（标高-4.6m），开挖宽度为3m，无支撑暴露时间限制在8小时以内；

 

　　工况5：第5次开挖至第5道支撑下（标高-7.3m），开挖宽度为3m，无支撑暴露时间限制在8小时以内；

 

　　工况6：第6次开挖至坑底（标高-10.1m），6天内浇筑垫层及底板。

 

　　通过对基坑开挖过程各工况的跟踪记录，实际无支撑暴露时间一般在12小时左右，个别情况下超过此标准。

 

　　3基坑开挖过程中的时空效应规律

 

　　秋涛路站东区基坑开挖自04年8月10日开始，最先施工的是东风道及东端头井，开挖过程中对围护结构水平位移、钢支撑轴力、地面沉降等进行监测。

 

　　3.1支撑轴力的变化规律

 

　　通过对标准段ZL7-1～ZL7-5五个测点的支撑轴力监测数据及其对应工况对照分析发现：基坑开挖过程中随工况的变化，各道支撑轴力值大都呈现出有规律的增加或减少。

 

　　当开挖深度至第三道支撑时（工况3），第二道支撑的轴力随时间在增长，第一道支撑轴力开始降低；当开挖深度至第四道支撑时（工况4），邻近开挖面的第三道支撑的轴力随时间在增长，而阔别开挖面的第一、二道支撑轴力在降低；开挖深度至第五道支撑时（工况5），邻近开挖面的第三、四道支撑的轴力基本不变，而阔别开挖面的第一、二道支撑轴力在降低；当开挖至基底并进行垫层施工时（工况6），邻近开挖面的第四、五道支撑的轴力随时间在增长，第三道支撑的轴力基本不变，而阔别开挖面的第一、二道支撑轴力在继续降低。

 

　　3.2水平位移的变化规律

 

　　对施工过程中与支撑轴力ZL7测点对应的水平位移监测点CX7的变化情况分析发现：围护墙的位移变化与开挖深度及时间关系密切，位移量随开挖深度和时间而增加。

 

　　随着开挖深度的增加，桩墙最大位移和最大位移增加的速率增大。

 

　　本段基坑各工况完成时间分别为：10月2日正式开挖、10月10日架设第一道支撑、10月14日架设第二道支撑、10月27日架设第三道支撑、11月20日架设第四道支撑、11月28日架设第五道支撑、12月9日浇注完垫层砼。从图四、图六中可清楚的看出，从10月2日开挖到第一道支撑架设完，搁置时间为7天，此处超挖量为2m，位移增加量为11mm；10月27日第三道支撑架设完后，停止开挖直到11月20日架设第四道支撑，中间搁置时间达23天，位移增加12mm；由此可见，基坑开挖过程中桩墙的最大位移随时间变化非常明显。

 

　　同时监测数据表明，围护墙的位移变化与支撑轴力变化是密切相关的，随着开挖深度的增加，围护墙的最大位移点逐渐向开挖面移动，而阔别开挖面的墙体相对出现不同程度的反弹。

 

　　由于基坑开挖过程中，围护桩墙的横向变形会逐渐增大，这会引起支撑轴力的变化，而支撑轴力加大，又会反过来阻止墙体变形的进一步发展，因此，基坑土体挖除后，尽快架设支撑并施加预应力，能有效的减少围护桩墙的变形。

 

　　4结语

 

　　（1）基坑开挖过程中桩墙的最大位移和深度及时间的关系非常密切，通过对本基坑各测点监测数据的统计分析可知，当基坑开挖到坑底时，横向位移并没有停止，仍在继续增加，且开挖到底以后的横向位移增加量占总位移量的25%～45%。因此，在开挖深度确定的情况下，严格遵循时空效应原理，加快施工进度，是控制基坑变形的有效手段。

 

　　（2）基坑土体挖除后，及时架设支撑，能有效的减少围护桩墙的变形。有试验表明未及时架设第1道支撑的墙体其最大水平位移量为3cm，而及时支撑的墙体其最大水平位移量仅1cm。

 

　　（3）墙体位移是随开挖发展的，超挖将导致墙体在支撑架设前产生超量位移，该位移一旦产生，通过施加预应力既不能使其回复，也不能减少因墙体位移而引起的地面变形。因此，基坑开挖时应严格控制每个开挖步骤的开挖空间几何尺寸，及围护墙无支撑暴露面积和时间等参数。