上海勘察设计研究院（集团）有限公司 上海
摘要：文章以上海市某深基坑监测为例，对基坑施工过程中的围护顶部竖向位移、水平位移、围护结构深层水平位移、周边地表竖向位移进行了信息化监测，基于监测数据进行了相应的变化规律和原因分析，所获得的结论对软土地区水泥土重力式挡墙基坑施工监测有借鉴和参考意义。
关键词：软土地区；深基坑；大面积开挖；重力坝围护内插型钢；内插灌注桩围护
引言
深基坑工程的施工过程主要包括开挖土方、支护结构施工以及降排水处理等施工内容，而深基坑支护结构的安全稳定则是保证施工安全的重要基础，因此必须加强变形监测工作[1]。对于软土地区深基坑，由于支护结构受力大、变形难以控制，且易失稳，单一的支护方法很难满足复杂的基坑设计，多种支护方案组合应用越来越多，以解决支护结构所承担的较大土压力[2]。不同的围护形式变形形态及规律均不同，本文主要针对以重力坝内插H型钢、重力坝前后内插灌注桩作为围护形式的基坑，总结和分析基坑本体及周边环境的变形规律，为类似地质条件类似围护形式的基坑施工监测提供借鉴和参考。
1.工程概况
本工程地下1层（地下变电站处地下2层），基坑开挖深度5.600m（5号楼处挖深为5.500m，变电站挖深为7.800m），基坑挖开挖面积约31622㎡，基坑周长约800m。本工程一般区域基坑安全等级三级，地下变电站处基坑安全等级为二级；基坑西侧变电站处和东北角处环境保护等级为二级，其余侧环境保护等级为三级。
表1 基坑具体挖深信息详见下表：
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电梯井落深为1.350m，集水井落深为1.350m～2.850m。
2.围护设计
本工程基坑开挖深度5.600m（号楼处挖深为5.500m，变电站挖深为7.800m），主要采用重力坝围护内插型钢或者内插灌注桩的围护形式。
1、基坑南侧、北侧：采用2∅700@1000水泥土搅拌桩重力坝+后排或者前后排内插灌注桩围护形式或灌注桩+混凝土支撑。
2、基坑西侧：受场地限制，一般区域采用“椅子”型重力坝+前、后排各内插H500x200x11x19的围护形式；地下变电站处采用具重力坝内插灌注桩+一道水平钢支撑。
3、基坑东侧：东北角处采用钻孔灌注桩结合双排双轴搅拌桩止水+角撑的围护形式，与本项目一期交界处，两侧挖深基本一致，采用2排或3排搅拌桩止水、挡土。
4、东南侧地下变电站：采用2∅700@1000水泥土搅拌桩重力坝+前后排内插H500x200x11x19@1000（前排）、3000（后排）型钢。
3.地质条件
场区内各土层特性至上而下为：
勘察揭露，场地在130.20m 深度范围内的地基土属均为第四纪松散沉积物，属第四系滨海、河口、浅海、溺谷、沼泽相沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点，一般具有成层分布特点。勘察成果表明，建场地为古河道切割区，第⑥层缺失，第⑤层厚度较厚，第⑦层受切割影响埋深较深且厚度较薄。
不良地质现象（暗浜（塘））：
场地中有多处暗浜，暗浜最大深度约为3.6m，浜底有平均约1.5m厚的浜土，土质极软弱；另在场地南侧有一明塘，其部分被填埋为暗塘，该明（暗）塘最大宽度约35.0m，塘底最大深度约4.0m，塘底约有1.5m厚的淤泥，土质极软弱，其中明塘部分最大宽度约为15.0m，水深约0.5m。
4.监测内容
本项目监测内容包括：周边管线竖向位移；坑外地表竖向位移剖面；③围护顶部竖向位移、水平位移；④围护结构深层水平位移；坑外潜水水位等监测项目。工程场地概况及围护结构监测点布置情况如图1所示。
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图01 基坑围护及监测布点图
5.基坑现场监测变形分析
5.1、周边地表剖面竖向位移监测
表2 坑外地表剖面竖向位移累计值统计表
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地表剖面监测点从基坑边线2m外为起点，按5m等间距布设，监测剖面长度22m，为4倍开挖深度影响范围。
地表剖面DB3在C区基坑开挖前测得初始值，从上述图02各测点竖向位移历时曲线图中可以看出，基坑开挖前，周边地表剖面竖向位移监测点变形不明显，变化曲线较平缓，至开挖前最大累计变化量为-18.91mm；随着DB3区域基坑土方开挖施工，地表测点表现为立即呈现明显的下沉趋势，且短时间内变化量较大，DB3-1在10d内变化-125mm；垫层及大底板浇筑完成后沉降得到抑制；在地下结构施工期间，该变形曲线逐渐趋于平缓，数据收敛。说明变形主要受土方开挖引起，底板的形成对变形控制起到至关重要的作用。
从上述表02坑外地表剖面竖向位移累计值统计表和图03累计值曲线图中可以看出，至土方开挖完成，地下结构施工到±0.000结束，最近测点DB3-1位于基坑边外2m，累计竖向位移达到-164.72mm，变化量约为基坑开挖深度的3.0‰，整个剖面主要变形区域位于坑外12m范围内，说明地表剖面测点累计值距离基坑越近的测点竖向位移越大，变形主要影响区域在2倍基坑开挖深度范围内。
5.2、围护顶部竖向位移、水平位移监测
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为准确测出变形特征，围护顶部测点布设在H型钢上，图04和图05分别是围护顶部竖向位移和水平位移分布，从监测结果可以看出，水平位移累计最大值达到248.5mm（Q13），位于基坑西侧中部，表明基坑在土方开挖后，挡土墙发生了较大的侧向变形，基坑围护顶部竖向位移累计最大值也达到了-38.35mm（Q13）。
图04、05中的测点区域采用水泥土搅拌桩内插H型钢的围护形式，从曲线图中可以看出，水平位移变形主要发生在基坑土方开挖期间，开挖过后围护顶部水平位移表现明显，且水平位移随着开挖深度的增加而不断增大，大底板浇筑完成后，围护结构整体刚度明显提升，相应区域变形得到抑制；地下结构施工期间围护顶部变形较小，无显著水平向位移。
5.3、围护结构深层水平位移
表03 围护结构深层水平位移统计表
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为掌握变形特征，在H型钢和灌注桩钢筋笼上绑扎测斜管，将变形数据汇总于图06、图07，从监测结果看出基坑围护结构深层水平位移最大位移量所在位置均位于孔口，深度0.0m处，最大累计水平位移达到248.0mm，位于基坑西侧中间部位。这主要是由于基坑开挖后，基坑围护体迎坑面被动土方卸载，坑外水土压力由围护体和坑内部分被动土重新平衡，围护体逐渐受力后发生一定的变形，且基坑围护结构采用重力坝内插型钢围护形式，挡墙上部无支撑约束，为悬臂式桩墙受力模型。致使围护结构深层水平位移变形最大值位于围护顶部，变形曲线呈上大下小的上部敞开形态。
从图08土方开挖不同施工阶段位移分布图中可以看出，土方开挖深度4m到5m，历时4d，变形81mm，占累计变形的35％；开挖完成至垫层浇筑，历时5d，变形39mm，占累计变形的17％；垫层浇筑至底板形成，历时28d，变形51mm，占累计变形的22％，说明在开挖最后一层土期间，变化量、变化速率都是最大的，垫层浇筑完成后，变化速率明显减小，但由于时空效应，至底板形成期间，仍有一定变形。基坑底板浇筑后，墙体侧向位移发展较小，说明在底板浇筑后，围护结构形成较大刚性体，整体刚度增加后，抑制重力坝侧向位移，并逐渐趋于稳定。
重力坝内插灌注桩和内插H型钢，两种围护形式的刚度不同，变形量上也有较大区别。
6、结束语
本文以上海市某水泥土搅拌桩内插型钢、内插灌注桩多种围护形式组合的深基坑监测为例，通过对施工过程中围护结构深层水平位移、围护顶部变形、坑外地表剖面竖向位移进行规律总结和变形分析。总结出的规律和结论可为软土地区相似围护形式的深基坑提供参考。
1）围护结构变形主要集中在基坑开挖阶段，且开挖前变形不明显，基坑开挖后变形较为显著。
2）水泥土搅拌桩内插型钢围护形式的基坑外地表剖面竖向位移，主要变形范围在2倍开挖深度范围内，最大值位置靠近围护结构，距离越近沉降越大。
3）重力坝无支撑围护形式的基坑开挖后，围护深层水平位移主要发生在围护结构上部，最大值位于围护顶部，施工中应加强控制，基坑边严禁在堆放施工材料，施工车辆机械禁止长时间停靠。
4）受基坑开挖影响较大，围护结构和周边环境变形明显，开挖过程中地表有明显裂缝，尤其是夏季，雨水充沛，应及时封堵地表裂缝，严禁地表水、雨水沿裂缝下渗，使墙体强度降低，迎土面水压力增大，对基坑变形控制不利。
5）基坑施工过程中，因为加强和完善了对支护结构和周边环境的变形观测，及时反馈信息，指导施工，以确保工程安全、顺利地完成了基坑的开挖施工工作。因此，施工监测是保障工程施工安全，减少经济损失，同时验证围护设计准确性的不可缺少的强有力手段。
参考文献：
[1]李瑞星，鲍敏生.深基坑变形监测及变形机理与规律分析[J].智慧城市，2020，（2）：43.
[2]赵凌云. 软土深基坑组合开敞式支护数值模拟与监测分析[J].水利水电技术，2020，51（2）：155-161.