深基坑开挖、支撑对围护结构变形的影响

￣ｔｔ－，　工程　２００６年第２期（总第６８期）　深基坑开挖、支撑对围护结构变形的影响　谢腾张金鹏刘静　（创业环保股份有限公司）　从国内软土地区近年来在深基坑的施工实践　研究成果中，可以认识到：在深基坑开挖及支撑过　程中，每个分步开挖的空间几何尺寸和支护墙体　开挖部分的无支撑暴露时间，与周围墙体和土体　位移有一定的相关性。这里反映出基坑开挖中时　空效应的规律性。运用时空效应规律，能可靠而　合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体　位移的潜力而达到保护环境的目的，这是一条安　全而经济的技术途径。　１　工程场地条件　天津地铁１号线既有线改造工程西南角站位　于天津市南开区西马路、南马路及南开三马路与　黄河道交口处。本站为１号线与２号线之间的换　乘站。１号线为地下一层，与２号线相交处十字换　乘段为地下二层。　车站改建起点里程为Ｋ１０＋４２２．６６４，终点里　程为Ｋ１０＋６６７．０１３，全长２４４．３４９ｍ。由于本工程为　天津地铁１号线既有线改造工程，在基坑开挖过　程中还需拆除原地铁车站既有结构。　施工现场地面标高为＋３．０００ｍ，基坑开挖深度　为：一号线７．５ｍ，二号线１６．７ｍ；最大开挖宽度为：　一号线４５．６ｍ，二号线２１．４ｍ。　工程围护结构类型共分为四种：　（１）２号线采用８００ｍｍ厚地下连续墙，墙深　３０ｍ；　（２）１号线采用ｑ￣８００灌注桩加ｑ￣６００水泥搅　拌桩止水帷幕施作２０ｍ；　（３）由于回填土中杂物较多，不利于灌注桩及　水泥搅拌桩施作，变更为　１０００及ｑ￣１２００全套筒　咬合灌注桩墙；　（４）出入口及风道采用ｑ￣８５０ｍｍＳＭＷ工法桩　墙。　基坑支撑采用ｑ￣６００ｘ１４、￣６００ｘ１６ｍｍ钢管支　撑，支撑间隔４—４．５ｍ。　２工程地质构成及特点　西南角站工程所在地属冲积平原区，地势较　平坦，站区地表为现状道路，两侧建筑密集，地下　有各种管道，地面高程３．００ｍ左右。本站场地地震　基本烈度属７度区，建筑场地类别为Ⅲ类，无地震　可液化层。场地地下水类型为孔隙潜水，储存于第　四系粘性土、粉土及砂类中，地下水埋深０．８　ｍ，　水位变幅１—２ｍ。高程从一１．１７－２．７ｍ，水位变幅　１．０—２．０ｍ。　因地处市中心地带，距周围建筑物较近，基坑　边距金禧大酒店建筑外边缘仅６ｍ。根据现场刨验　情况，地下８ｍ深度以上为原有地铁站回填范围，　回填土质复杂，地下障碍物较多，为施工带来极大　困难。　３　根据时空效应理论对深基坑施工　的技术要点　３．１　时空效应理论简介　深基坑工程时空效应理论是一项综合性科学　理论，简单说就是基坑在开挖过程中，由于土体内　存有一定应力，故而在无支撑条件下，开挖后的一　段时间内土体变形量较小，如何合理利用这段时　间就是时空效应理论在深基坑工程中的主要研究　课题之一。　３．２深基坑开挖及支撑工序和施工参数确定　基坑开挖和支撑施工是决定基坑工程成败优　劣的关键工序。为在基坑开挖中减少土体扰动范　围，保持基坑稳定，并使地层位移和差异位移符合　预测值，合理选定基坑开挖及支撑的施工工序和　施工参数是决定性因素。　维普资讯 http://www.cqvip.com

深基坑开挖、支撑对围护结构变形的影响　谢腾张金鹏刘静　（１）开挖和支撑的施工工序基本是按分层、分　部、对称、平衡的原则而制定的。　１标段深度一位移曲线　（２）施工参数是每层开挖中挡墙被动区土体挖　除后，挡墙未支撑前的自由暴露时间和暴露的宽　度和深度。　根据“时空效应”理论，具体开挖的施工参数　为：基坑开挖采用先撑后挖、分层、分段开挖，分段　长度根据基坑尺寸及土质放坡情况定为１２ｍ一　段，分层高度按照支撑垂直间距确定。　３．３工程实践的监测结果　（１）２号线基坑开挖　基坑开挖过程中随时注意基坑纵向的边坡稳　定，坡度为１：２￣１：２．５可采取基坑分段、分层开挖。　基坑内施工期间基坑周边地表沉降控制在３０ｍｍ　以内。　挖土方工序：土方开挖以机械挖土为主，人工　修挖为辅，施工过程中注意分层开挖放坡坡度，过　程中临时放坡坡度为１：０　１．５，基坑开挖至坑底标高　＾】　。Ｐ　时，放坡坡度为１：２，见图１。　　Ｉ：ｌ　・＼Ｍ　”＼　：　．ｌ，：：　Ｘ．１　ｌｌ　Ｉ｜　一　。…　一／一／　／　　‘　，　１　厂　ｌ　Ⅱｍ　　ＩＬ∞ｍ　Ｉ　３　Ｉ％Ｉ　１．，　圈ｌ　２号线一期基坑开挖囊序鞠　２号线上部土方开挖工作在８月５日开始　进行，首先在区域１的部位形成锅底以后，然后　随着拆除降土放坡、支撑，进行区域２的施工。　以西侧开挖１标段为例，区域２开挖深度为　２ｍ，于８月１２日开挖完毕准备进行第一道支撑　架设。通过监测项目中围护墙体变形～测斜管测　得数据反应，在基坑顶部１～４ｍ范围内变形最　大，达到３．５９ｒａｍ。同时由桩顶水平位移点监测数　据表明该处向基坑内位移了３ｒａｍ（人工读尺，精　度为±Ｏ．５ｒａｍ），因此说明相互吻合，该变化引起　基坑周边地表下沉，沉降４．８３ｒａｍ，位于距基坑　５ｍ处。　具体变形见位移量变图２。　　　一一　一　一　一　一　　一　一　一一　一　ｕ　ｎ　Ｍ　＂培　加　位移（柚）　豳２位移■变豳　在８月１３日下午，区域２的第一道支撑上　好以后，对第一道支撑进行第一次预加应力支　顶，通过钢支撑上轴力计进行量测测得轴力为　４．９４吨力，地下墙体变形最大变化发生了　０．７ｍｍ／ｄ。在地面沉降变形中，地面沉降距基坑　５ｍ处上升１ｒａｍ，累计沉降达到３．８３ｒａｍ。由于第　一次预加应力后地下墙仍发生位移变化，因此　在８月１４日上午进行第二次施加预应力，轴力　计量测值达到３５．６吨力。地下墙体停止位移变　化，地面沉降无变化。　具体变形见位移量变图３。　ｖ维普资讯 http://www.cqvip.com

深基坑开挖、支撑对围护结构变形的影响　１标段深度一位移曲线　２—１—１—５　１Ｏ　ｌ５　２Ｏ　Ｏ　５　Ｏ　Ｏ　５　一　送　｛　移（ｒａｍ）　图３位移量变图　由于第一标段区域２阶段变形稳定，再进行　区域３的挖土施工，挖深４．６５ｍ，于８月２２日上　午开挖完毕，基坑总挖深达到６．６５ｍ，最大地下墙　体变形量为６．８ｍｍ，发生在８￣１０ｍ处，符合预测　值并小于最大变形０．１４％Ｈ＝９．３１ｍｍ的变形要求，　地面沉降在距基坑５ｍ处达到３．９ｍｍ。　具体变形见位移量变图４。　ｌ标段深度一位移曲线　ｕ　ｌ　｛　Ｌ　　ｌｊ　２　３　｛　　；ｉ　Ｉ　５　—６　！　｛　，　！　　！　｛ｅ　９　ｌ　　ｉ０　送　一Ｌ１　：　…－．．・８月１４　Ｆ；　８Ｈ２１ｎ　ｊ　三ｆ　－／　刁　ｒ　位移（ｍｉｌ１）　图４位移量变图　谢腾张金鹏刘静　在８月２２日下午加设第二道支撑，设计轴力　为７７０ｋＮ，ｍ，钢支撑间距３ｍ，预加设计轴力的　５０％，计１１５吨力，轴力计测得数据为１０６．８吨力，　从地下墙体变形上看在基坑上口处出现向基坑外　侧１．３ｍｍ变形，其余各处变化较小，在第二道支撑　处发生向基坑外侧０．６ｍｍ的变形，地面变形变化　不超过０．５ｍｍ。　具体变形见位移量变图５。　１标段深度一位移曲线　位移（１１１１１１）　图５位移量变图　２号线下部土方开挖分三层，以６ｍ为１小段　进行开挖及支撑，对于双撑先进行下道支撑支顶，　紧接进行上道支撑支顶，基坑土方采用长臂挖掘　机进行挖土，基坑内设２台０．４ｍ３小型挖掘机进　行倒土，直接装车运走，见图６。　维普资讯 http://www.cqvip.com

深基坑开挖、支撑对围护结构变形的影响　谢腾张金鹏刘静　｛　０　Ｏ　ｏ　ｏ　Ｏ　ｏ　ｐ　ｏ　ｏ　０　●Ｏ　ｏ　１　ｏ　ｏ　Ｏ　●Ｏ　ｏ　０　ｏ　●　ｏ　口ｏ　Ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　ｏ　ｏ　底扳Ｆ皮标高Ｉ．是　－＾　矗　—弋　ｏ　ａ　ｏ　０　ｏ　ｏ　ｏ　Ｏ　ａ　ｏ　：：　＼＝　：　！　一　．Ｘ　：　：　１３．１６５　‘　‘　／ｏ　：　：　：　ｂ‘　。　／６　ｉ。。。。ｌ　／　／／Ｉ　ｌ＼、　．　、　、　、　＾　底辑　一ｌ３．　／　／　／　，　／　△　地连墙底标高　一地诗　一２７．　ｔ９．１０５　——１　图６　２号线二期开挖囊序图　在９月６日上午挖至第三道（双）支撑下１ｍ　处，深度ｌＯｍ并及时上撑，轴力计量测中支撑轴　力为１０７吨力，地下墙体最大变形发生在１ｌｍ　处，向基坑内变形７．４ｍｍ，围护墙体上ＩＳＩ变形向基　坑外侧变形２．２ｍｍ。地面形变最大值由距基坑５ｍ　处改为距基坑ｌＯｒｅ处，沉降变形达到１１．４ｒａｍ。　斗运走。　２号线基坑于９月２６日开挖完毕，总计５２　个工作日，开挖基坑深度１６．７ｍ，架设４道支撑，　基坑最终位移最大量发生在１　ｌｍ深处，该处为第　三道（双）撑处向基坑内位移５．４ｒａｉｎ，地下墙体上　端向基坑外侧位移４咖，地面变形最大点发生在　具体变形见位移量变图７。　１标段深度一位移曲线　距基坑ｌＯｍ处，共下沉１１．８ｍｍ。具体变形见位移　量变图８。　１标段深度一位移曲线　圈７位移量变图　为防止扰动地基土，当挖至设计标高上０．３ｍ　时，采用人工进行挖土修整，不得超挖。１、２号线　相交处中心土采用塔吊配合土斗将土运出基坑。　在基坑作业面上用０．４ｍ　挖掘机进行掏土，装土　位移（１＿）　图８位移量变图　维普资讯 http://www.cqvip.com

深基坑开挖、支撑对围护结构变形的影响　谢腾张金鹏刘静　（２）１号线在金禧大酒店处开挖宽４５．６ｍ，　基坑深１２．３ｍ，距离金禧大酒店仅６ｍ。　在２００４年６月３日开始进行基坑开挖，６　月１４日开挖至第一道支撑下ｌｍ处，围护桩结　到７ｍ，最大位移发生在１０～１４ｍ处，位移向基坑　内侧发展，位移量２ｒａｍ，地面沉降２ｒａｍ，见图　１Ｏ。　构变形位移最大值在基坑开挖面处，位移量为　２ｒａｍ，地面沉降变形量发生在距基坑３ｍ处，位　移量向下ｌｍｍ，见图９。　１２７号桩深度一缸移曲线　圈９位移量变圈　在６月１５日加设第一道支撑后，并对支撑　加设预加应力４４・９吨力，基坑位移没有产生变　化。　继续开挖基坑并拆除既有结构顶板，在６　月２４日开挖至第二道支撑下ｌｍ，基坑深度达　１２７号桩深度一位移曲线　一　位移（ｒａｍ）　圈１０位移■亚圈　在６月２５日架设第二道支撑，加设预加轴　力为３９．５８吨力，基坑变形发展在７ｍ深处增加　Ｏ．９８ｍｍ，见图１１。　维普资讯 http://www.cqvip.com

深基坑开挖、支撑对围护结构变形的影响　１２７号桩深度一位移曲线　位移（－－）　圈１１位移量变圈　基坑继续开外，并拆除既有结构侧墙及底板，　在７月９日开挖至设计槽底。基坑在１３ｍ深处发　生最大位移，位移量为向基坑内３．２ｍｍ，见图ｌ２。　１２７号桩深度—位移曲线　位移（ｎ）　图１２位移量变图　４　工程效果分析　谢腾张金鹏刘静　在施工过程中，要接受过去几年深基坑周围　地层移动引起邻近建筑和设施破坏的教训，在技　术规程中要重视控制基坑变形问题。在软土深基　坑开挖施工中，每步开挖中围护墙体的暴露空间　和时间越小，则控制基坑变形的效果越大。因此加　快开挖和支撑速度的施工工艺，是提高软土深基　坑工程技术经济效果的重要环节。　在天津地区的地质及施工条件下，基坑工程　开挖和支撑施工环节中认真分析（包括整个开挖　施工程序、施工参数、以及施工监测设计和应变技　术措施），特别是关键工况的基坑稳定性、支护结　构的安全性以及基坑周边地层移动和对周围建筑　及设施的影响程度，对可能发生的工程问题及其　严重程度，编制出科学处理问题的施工方案。　本工程中采用基坑工程时空效应理论，在基　坑工程施工中充分利用土地自身控制地层位移的　潜力，以解决软土深基坑稳定和变形问题。其包括　两方面：一是根据基坑工程所选定的主要施工参　数，通过时空效应理论分析出详细的可操作开挖　与支撑的程序及施工参数，按主要的施工参数：分　段长度根据基坑尺寸及土质放坡情况定为１２ｍ　一段；分层高度按照支撑垂直间距确定，每段土方　开挖完成后２４ｈ内完成支撑，每段开挖在３６ｈ内　完成；二是根据已设定好的施工参数、施工工况，　及时分析基坑监测数据，对基坑周围位移及对邻　近建筑物和地下管线等的影响，合理控制开挖速　度，分段开挖快、支撑快，但层与层之间要有间隔，　段与段之间要有停顿，前一段支撑没有施工完，下　段不得开始。这样避免卸载过快，土体应力释放　快。由于速度控制合理，变形均较小，确保了地面　变形小于３０ｍｍ，周围环境建筑物最大沉降仅为　７ｍｍ的良好效果，减少了由于深基坑施工不当所　引发的抢险及加固费用。　５　结束语　天津地铁ｌ号线西南角站采用时空效应理论　制定了施工参数，并加以应用获得成功，但深基坑　施工目前还是一个尚少经验的工程技术问题，一　些专家认为：在软土地区解决此问题，运用时空效　应规律，是一条安全、经济的技术途径。为此，将现　有的经验加以归纳总结，从而形成更广范围的工　程应用技术。　２９