高灵敏性软土深基坑变形影响因素分析及控制措施

设计咨询文章编号：1009 - 4539 (2021) 02 - 0090 - 03
高灵敏性软土深基坑变形影响因素
分析及控制措施
刘志波
(中铁十四局集团第四工程有限公司山东济南250002)
摘要：本文依托宁波地铁3号线仇毕车站高灵敏性软土地铁深基坑施工成功案例，对车站基坑在施工过程中的 监控量测数据进行探讨分析，从围护结构墙体变形、基底土体隆起、基坑周围地表沉降三个方面进行研究得出影响 基坑变形的因素，并详细阐述宁波地铁3号线在地基加固、内支撑竖向间距、钢支撑预加轴力、基坑开挖空间效应、基坑降水等方面所采取的针对性措施，以期为类似工程提供借鉴，
关键词：高灵敏性软土深基坑变形监测控制措施
中图分类号：U231 +.3;TU473.2 文献标识码： A D O I：10. 3969/j. issn. 1009-4539. 2021.02.020
Analysis of Influencing Factors on Deformation of Deep Foundation Pit in High
Sensitivity Soft Soil and Its Control Measures
LIU Zhibo
(China Railway 14'1' Bureau Group 4lh Engineering Co. Ltd., Jinan Shandong 250002, China)
Abstract ：Relying on the successful case of deep foundation pit construction in high sensitive soft soil of Qiubi Station of Ningbo Metro Line 3, this article discussed the monitoring and measurement data of the station foundation pit during the construction process, and obtained the factors influencing the deformation of the foundation pit in the aspect of studying the deformation of the retaining structure wall, the uplift of the foundation bottom soil and the ground settlement around the iounilation pit. In addition, it expounded in detail the targeted measures taken by Ningbo Metro Line 3 in strengthening the foundation, the vertical spacing of internal supports, the pre-axial force of steel supports, the spatial effect of foundation pit excavation, the dewatering of foundation pit and so on, with a view to providing reference lor similar projects.
Key w ords：soft soil with high sensitivity；foundation pit; deformation；monitoring；control measure
1工程概况
1.1仇毕车站深基坑介绍
仇毕站为地下四层岛式车站，双柱三跨矩形框架 结构，车站采用明挖顺作法施工m。

车站基坑长187.875 m,标准段基坑宽23.20 m,开挖深度27.55 m，南（北）盾构端头井基坑深29.3 m(29.69 m)。

车站 围护结构均采用1 200 mm厚、56. 7 m深地下连续墙。

标准段共设八道支撑，第一、六道为钢筋混凝土支撑，其余为钢支撑（第二、三道直径为609 mm，第四、五、七、八道为800 mm);南（北）盾构井共设九道支撑，第一、六道为钢筋混凝土支撑，其余为钢支撑（第 二、三道直径为609 mm,第四、五、七、八、九道为 800 mm)〇
1.2周边环境情况
(1)周边管线
收稿日期：2020-11-12
基金项目：山东省技术创新项目（201521901074)
作者简介：刘志波（1969—)，男，山东潍坊人，高级工程师，主要从事桥梁、地下工程专业施工技术研究；E-mail: 918567831@
刘志波：高灵敏性软土深基坑变形影响因素分析及控制措施设计咨询
根据《宁波市轨道交通3号线一期工程管线详 查交底记录》u及《宁波市轨道交通3号线一期工 程管线详查成果及说明》，车站基坑范围内不存在 管线，周边存在电力、给水、通讯管线。

(2)周边建筑物
车站南侧有欣兴别克4S店两层框架房屋，车站 西侧有宁波世纪汽车城停车场、宁波现代机电物资 市场四层框架房屋、现代商城六层框架房屋。

2软土深基坑变形分类
软土深基坑变形主要分为以下三类：围护结构 墙体变形、坑底土体隆起、基坑周围地表沉降。

围护结构墙体的变形分为墙体水平变形和竖 向变形。

水平变形是在基坑开挖初期，支撑结构还 未施工，墙体产生水平位移，且顶端位移最大；当开 挖深度达到一定程度施作内撑后，刚性和柔性墙体 的位移变形程度有所区别，其中刚性墙体向基坑内 侧产生变形，而柔性墙体在支撑处产生向基坑外的 变形趋势，此时墙体腹部往往向基坑内部突出明显，而墙顶位移几乎不产生变化。

竖向变形是因为 在土体开挖过程中，土体自重应力释放致使围护结 构墙体发生上移[3]，这种上移不仅严重威胁到基坑 的安全与稳定，同时还影响到基坑周围的地表沉降 以及围护结构自身的稳定性，尤其是处于饱和软弱 地层当中的基坑工程，影响尤为突出。

基坑坑底隆起是因为基坑开挖过程即是基坑 开挖面上卸载的过程，基坑上部约束已缺失，造成 基坑底发生回弹。

对于深基坑而言，由于基坑围护 结构承受巨大的主动土压力，导致基坑墙体受土压 力作用向坑内变形，致使基坑底土体向上回弹，发 生隆起。

3监测内容与监测数据分析
3.1监测范围及项目
为了更好地控制三类变形的影响，采用监测手 段及时了解变形信息，以便调整施工方案。

在基坑施工区域周围3倍基坑开挖深度范围内 以基坑围护施工和开挖施工为监测工作的重点阶 段，并根据施工工况，适当加密监测频率[4]。

根据 规范及设计要求，本次施工监测内容见表1。

表1监测内容
监测项目
测点数
量/个
备注
仇
毕
站
围护结构墙顶
水平位移
20布设于冠梁顶部
地面沉降140
20个断面，每个断面布设7个测点，间距
分别为 2 m、5 m、9 m、14 m、20 m、28 m 围护结构变形20与地连墙深度一致，48〜52 m
支撑轴力（砼）24
每层12个测点，共2层，每处4个钢筋
应力计
支撑轴力（钢）72每层12个测点，共6层
地下水位6孔深18 m
立柱沉降8布设于立柱顶部
建筑物沉降50布设于周边建筑物
地下管线20布设于地下管线
3.2监测数据概况
监测工作于施工进场开始，至工程施工完毕，
监测工作结束。

各监测项目的监测情况如下：
(1) 房屋沉降:百隆街商铺沉降最大监测点为 Jc8( -45.3 mm)、Jc7( -43.0 mm)，雪佛兰职工宿
舍平均沉降在30 mm左右，距离基坑最远的别克维
修车间沉降在4 ~7 mm范围。

(2) 管线沉降：燃气管线最大沉降点为Mc6 (-221. 5 mm),污水管线最大沉降点为W C6
(-116. 5 mm)〇
(3) 地表沉降:受场内施工荷载影响，地表累计 沉降较大，最大沉降点为D6-3( -259.3 mm),距离
基坑约10 m。

(4) 墙体位移:本工程墙体位移监测点共20个，有7个测点累计位移量超过80 mm,主要分布在基
坑标准段。

最大位移点为CX13,位于基坑南侧，累
计位移量为97.81 mm。

其他测点累计位移在50 ~
80 m m之间，变化不大。

综合各测斜孔监测情况，基
坑南侧测斜累计变量大于北侧测斜累计变量。

(5) 工后沉降:本工程工后沉降监测点共19个，累计最大沉降量为-5.38 mm(测点Jc9)，最后100 d
最大沉降速率为-〇.016 m m/d，基坑稳定，满足停测
标准[5〕。

3.3数据分析
选取南（北）端头井及标准段两组墙体位移点
情况进行数据整理，见表2。

随着基坑开挖深度增加，测斜最大变形深度逐步
下移，最大变形深度位于基坑开挖深度下2 ~6m。

设计咨询刘志波：高灵敏性软土深基坑变形影响因素分析及控制措施
基坑开挖至第四层，测斜累计变量临近报警值，由
于第6道支撑为混凝土支撑，基坑变形不大，开挖至
第7层〜第8层时变形加剧。

表2墙体位移点变化情况
测点编号
第1层开挖第2层开挖第3层开挖第4层开挖深度/累计深度/累计深度/累计深度/累计m值/m m m值/m m m值/m m m值/m m
CX110 1.9710 3.7010 6.74129.73 CX68.5 5.3710.58.321317.8116.523.83 CX712.5 6.6712.59.211419.9816.526. 19 CX1211 4.6712.517.091322.5114.525.47 CX1311.5 3.261416. 1516.525.4416.536. 13 CX209.5 5.869.59.621214.761521.59
测点编号
第5层开挖第6层开挖第7层开挖第8层开挖深度/累计深度/累计深度/累计深度/累计m值/m m m值/m m m值/m m m值/m m
CX115.512.831917.051918.3129.519.93 CX61728.221733. 1724.544.8128.574.71 CX72032.312040.2222.541.0028.545.58 CX1218.530.9820.541.6920.550.2624.563.67 CX132044.332754.332767.572780.90 CX201832. 121836.2323.539.032455.14
测点编号
垫层结束底板结束顶板结束-
深度/
m
累计
值/mm
深度/
m
累计
值/m m
深度/
m
累计
值/mm
--
CX129.562. 1529.566.9329.580.61--
CX628.576.8328.582. 1528.585.06--
CX728.547.3828.547.0636.555.96--
CX1228.569.6530.575.7524.575.33-—
CX132783.692787.402797.81--
CX2026.559.7426.567.4226.578.28--
根据CX13监测数据成果，基坑开挖至第4层，累计最大位移量为36. 13 mm;基坑开挖至第5层，累计最大位移量为44. 33 mm;基坑开挖至第6层，累计最大位移量为54. 33 mm;基坑开挖至第7层，累计最大位移量为67.57 mm,基坑开挖至第8层；累计最大位移量为80.90 mm;底板浇筑完成，累计 最大位移量为87.4 mm。

墙体变形最大处于第5 ~ 8层基坑开挖阶段，底板浇筑完成后至今，数据趋于 稳定，变化不大。

坑外地下管线、地表沉降、房屋沉降[6]主要变 化在基坑开挖第5层土方~第8层土方期间。

基坑 开始降承压水后，变形速率明显减弱。

针对基坑变形较大区域，采取了相应的措施，如CX2于5月3日黄色预警,及时浇筑临时板撑并 增设直撑，控制坑外车辆；在基坑开挖至底层时增设临时支撑、加厚底板垫层、浇筑反撑等，合理安排 工序，贏得了时间，变形得以控制。

影响基坑变形的因素可概括为：（1)宁波地区 土质特殊性；（2)基坑正常开挖引起的墙体变形；
(3)地下水；（4)基坑周边为施工便道，坑外动载；
(5)无支撑暴露时间过长，支撑预应力损失导致支 撑受力不够。

4基坑变形控制措施
(1) 土体加固
宁波地铁3号线典型的宁波高灵敏性软土土 质，受扰后易造成水平方向卸荷和垂直方向卸载〇为了改变土质特殊性，本工程采用三轴搅拌桩抽条 方式对软土掺人8%水泥使土体固结。

通过增加土 体强度能有效提高土体的侧向抗力，减少土体压缩 和围护墙的位移，以保证工程结构不致发生超过允 许值的位移[7]。

(2) 内支撑竖向间距
适当减小内支撑的竖向间距不仅能增加墙体 相对刚度:8]，而且能缩短无支撑暴露时间。

本工程 南北端头最下层土方开挖时，存在2 m的下卧区间，在此区间将钢支撑间距调至2.6 m，上筑结构时采 用换撑处理，有效控制了端头井的角部墙体变形。

(3) 利用时空效应土方开挖
土体应力松弛会使土体的位移和应力均随时 间而变化，而在应力水平不变的条件下，应变随时 间增长的特性称为土的蠕变性。

在土体应力较小 的情况下蠕变变形很小（主要为弹性蠕变）并且收 敛且稳定，当土压力达到或超过弹性蠕变的极限应 力水平时，蠕变速率会急剧增大而发生破坏[9]。

适当减小每步开挖土方的空间尺寸[w]并减少 每步开挖土方的无支撑暴露时间，是降低土体应力 水平、控制流变位移的有效手段，特别是在无支撑 暴露时间小于24 h时效果尤其明显[11]。

考虑时空 效应，科学地利用土体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:12]。

在具体施工中，沿纵向按限定长度（6 m)分段、逐段开挖;在每个开挖段中分层，每层先挖中间、再 挖两端;随挖随撑，在开挖16 h内安装支撑并施加 预应力（设计轴力的70%)。

(下转第168页）
雷宇明：五星级酒店低压配电系统局部改造问题梳理
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.旅馆建筑设计规范:
JGJ 62—2014[S].北京:中国建筑工业出版社，2014.
[4]中国机械工业联合会.低压配电设计规范:GB 50054—
(上接第92页）
(4) 及时调整钢支撑预加轴力
应加强对钢支撑轴力的监测，发现轴力流失应
及时进行轴力补偿。

轴力补偿复加时，每一幅地下
连续墙上的支撑应同时复加。

钢支撑安装后要注意观察，支承桩相对地下连
续墙的上下浮动会引起支撑拱起弯沉，要及时发
现、及时“松绑”。

下道钢支撑轴力施加，会导致上道钢支撑轴力
减小，应根据监测单位提供的数据补加轴力，直至
达到设计要求。

在施工中要对基坑变形加强监测，如因侧压力
造成钢支撑轴力过大而接近控制值时，必须及时采
取相应措施进行处理，如增加支撑等措施，以免钢
支撑挠曲变形过大，对基坑安全造成危害。

(5) 加强基坑降水
宁波地铁3号线根据实际承压水层深度与基坑
底板标高，按照基坑底板抗突涌稳定验算要求进行
分区段、按需降水。

在降水的同时，为防止四周水位降低导致力学
平衡失稳，有效应力增加而且水位降落至漏斗范围
内，水力梯度增加致使以体积力的形式作用在土体
上的渗透力增大[13]，在两种影响因素下基坑周边土
体产生沉降和变形。

为控制工程降水对地面沉降
的影响，除了利用围护结构阻隔地下水的渗流通
道、按需降水等方法外，本工程采用地下水回灌作
为应对措施。

坑外水位稳定后，受保护建筑物处水
位降深5.3 m，开启两口回灌井进行压力回灌后，建
筑物处水位降深最终稳定在3.0 ~3.5 m。

5结束语
(1) 不同土层的参数变化对基坑变形的敏感性 不同，施工中应密切关注墙体变形最大处，该位置
土层参数对变形影响最大。

(2) 选定适合的围护结构及支撑体系形式，施 加预应力，合理布置基坑内部支撑间距，对基坑底
板或被动土体进行加固都是基坑开挖过程中防止2011[S].北京：中国计划出版社,2011.
[5]中国建筑标准设计研究院.民用建筑电气设计与施
工:D800 -1- 3[S].北京：中国计划出版社,2008.
变形的重要措施。

(3) 支撑轴力增长速度受基坑开挖深度影响，开挖较浅时，轴力增长较缓慢，在底板垫层砼浇筑
后，轴力逐渐趋向稳定状态。

(4) 随基坑开挖深度增加，周围地表沉降值随 之增大。

由基坑监测数据来看，基坑最大沉降点与
基坑边缘有一定的距离，而不是在基坑边上。

(5 )基坑的第一道支撑对于墙体顶端水平位移
控制起关键作用。

深大基坑一般采用钢筋混凝土
结构加钢支撑作为围护结构，钢支撑预加轴力对控
制墙体变形作用重大。

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