1、基坑变形控制方法 翟海林1基坑变形控制1 概况1.1、下穿道概况连云新城滨海大道（新城闸西墅闸）新建工程，设计起点位于新城闸，桩号K0+000，终点位于西墅闸，桩号 K2+886.911，长 2.887km。下穿道工程为连云新城滨海大道中下穿纵五路隧道部分，下穿道采用箱形框架与U 型槽相结合的结构形式，中间箱型框架结构段 120m，两端的 U 型槽结构段分别180m、170m。隧道施工采用直壁式支护大开挖方法，基坑开挖宽度 29m，基坑最深处距现状地表7.5m。基坑两侧为 800mm 灌注桩，桩长 20m，桩间距 1m。灌注桩外侧施工双排650mm 水泥搅拌桩做止水用，坑底采用水泥搅拌桩加固，
2、加固深度 4m。坑内支撑采用 609mm 钢管，支撑钢管水平间距 4.5m，上下设置两层支撑，层间距 3.3m。 本工程基坑变形控制保护等级为二级，基坑外地面最大沉降量100mm，围护结构最大水平位移100mm。1.2、工程地质情况根据勘察过程中钻探揭露、取样分析、结合静力触探资料，参照区域性地层资料，将场地内上部地基土分为 9 个工程地质层。-1 层砂性填土：回填时间不超过 3 个月，不均匀混有少量碎石、角砾及少量砂性土。厚度：0.603.30m,平均 2.24m；层底标高：0.022.04m,平均 0.99m。-1 层冲填土：灰色青灰色，流塑，光滑稍有光滑，具腥味。场地普遍分布，厚度：2.
3、004.10m, 平均 2.64m；层底标高：-2.10-1.12m,平均-1.71m。-2 层淤泥：青灰色，流塑，光滑，具腥味，局部相变为淤泥质粘土。场地普遍分布，厚度：11.9013.80m,平均 12.84m；层底标高：-15.90-13.28m,平均-14.55m。层粘土夹粉质粘土：褐黄色，坚硬硬塑，少量可塑，上部含少量粒径 12cm直径不等的钙质结核。场地普遍分布，厚度：3.906.80m,平均 5.63m；层底标高：-21.12 -18.82m,平均-20.18m。层粘土：褐黄色杂灰绿色,可塑,光滑。场地普遍分布，厚度：3.305.70m,平均4.32m；层底标高：-25.65-2
4、3.79m, 平均-24.50m 。基坑变形控制方法 翟海林2层粘土：灰色,可塑软塑,光滑。场地普遍分布，厚度：15.1020.00m,平均16.61m；层底标高：-44.52-40.02m, 平均-41.11m 。层中粗砂：灰黄色,饱和,密实, 局部夹有薄层粉土, 夹层厚度小于 30cm，下部混少量石英碎石,粒径 25cm 不等。场地普遍分布，厚度：4.609.30m,平均 7.45m；层底标高：-49.85-47.54m,平均-48.56m。-1 层强风化片麻岩：灰白色灰黄色,岩芯多呈碎块状,少量短柱状, 粗粒变晶结构, 片麻状构造 ,手捏可碎, 主要矿物成份由石英、长石和云母等组成, 岩
5、体破碎。场地普遍分布，厚度：2.606.80m,平均 5.67m；层底标高：-55.05-51.72m,平均-54.23m。-2 层中风化片麻岩：灰白色,岩芯呈短柱状,清晰可见中粗粒变晶结构 ,片麻状构造, 节理裂隙发育, 结合一般 ,主要矿物成份有石英、长石和云母,RQD 约为 65。-2 层砂性填土，性质均匀性差，回填时间短，透水性较好，属软弱土；-1 层冲填土为近期人工围海吹填后经地基处理形成的淤泥质土，均匀性、结构性差，属软弱土；-2 层淤泥均匀性好，高压缩性，强度低，工程性质差，属软弱土，透水性差；层粘土夹粉质粘土分布较稳定，性质不均匀，中高压缩性，强度中等，为淤泥下伏的中硬土层；层
6、粘土、层粘土分布较稳定，性质较均匀，中高压缩性，强度一般，属中软土；层中粗砂均匀性差，中低压缩性，强度中等，为中硬土，良好的桩端持力层。-1 层强风化片麻岩低强度岩石地基，良好的桩端持力层。 -2 层中风化片麻岩中高强度岩石地基，良好的桩端持力层。2 基坑变形控制方法基坑变形控制主要从引起基坑变形的原因、阻止基坑变形的方法两方面着手。前者是以主动的方式阻止基坑发生变形，如开基坑挖深度、施工顺序等。而后者是以被动的方式抵抗基坑的变形，如支撑体系、土体加固等。2.1、基坑土体加固（1）基坑土体加固的必要性由于开挖破坏了土体内力平衡，引起周边土体的位移变形，坑内基底应力释放使基底隆起，造成周围地面沉
7、陷，因此需对基坑坑底土体进行加固。基坑土体加固的目的是通过加固改变软弱土层的土体结构来提高土体强度，增强被动土的抗力，以增强基坑整体抗失稳的能力，使基坑周边的地面沉降得以控制。（2）土体加固方法基坑变形控制方法 翟海林3基坑土体加固方法包括注浆法、双轴搅拌桩、三轴搅拌桩（SMW） 、高压旋喷桩、降水等加固方式。基坑土体加固方法及适用性可参见表 1。土体加固方法适用范围表 表 1各类型地基土的使用情况 地基土性加固方法 人工填土 淤泥质土 粉性土 砂性土注浆法 慎用 慎用 适用 适用双轴搅拌桩 慎用 适用 适用 慎用三轴搅拌桩（SMW） 慎用 适用 适用 适用高压旋喷桩 适用 适用 适用 适用降
8、水 慎用 适用 适用本工程根据基坑土层性质设计采用水泥搅拌桩加固坑底。搅拌桩加固是利用钻机搅拌土体把固化剂（水泥）注入土体中并将土体与浆液搅拌混合，浆液凝固后便在土层中形成一个圆柱状固结体。本工程中搅拌桩直径 650mm，桩间搭接 150mm，加固深度 4m。坑底搅拌桩采用抽条加固的方式，抽条宽度 3m。在支护灌注桩的外侧设计两排止水桩，加固长度为坑底向下 6m，桩直径 650mm，桩间搭接 150mm。该种坑底加固方式增加了坑底土体的整体性，很大程度上阻止了坑底淤泥的隆起，避免了深基坑因开挖卸载而引起的坑底回弹，同时减少了土体的压缩变形和围护桩的水平位移。（3）土体加固注意事项 基坑变形控制
9、等级较高时，在加固施工前需进行加固工艺的适宜性试验，通过试桩确定该场地条件下水泥掺量及操作技术参数。 搅拌桩施工中需严格按照设计要求进行施工，精确控制水泥掺量及施工速度，保证桩体质量。 坑底搅拌桩加固必须在基坑开挖超前一段时间进行，加固后土体养护龄期不小于 28 天，保证在开挖时搅拌桩强度已满足要求。 坑底加固搅拌桩施工必须保证桩间咬合宽度，以增加加固土体的整体性，确保土体加固质量。2.2、基坑土体开挖（1）开挖对基坑的影响基坑变形控制方法 翟海林4基坑开挖卸载使基坑内部土压力减小，引起围护结构向基坑内的变形，围护结构的变形引起其后面的土体位移，并逐渐向离基坑更远处的土体传递，造成坑侧土体开裂
10、及周边路面沉陷，严重者造成基坑的坍塌破坏。（2）土方开挖在软土深基坑的开挖中，随着基坑挖深的增加，基坑周围土体塑性区的发展，基坑变形速率也会相应增加。适当减小每步开挖土方的空间尺寸、减少每步开挖所暴露的基坑支护桩的无支撑时间，是合理地发挥土体自身的抵抗变形的潜力从而解决软土深基坑稳定和变形问题的基本方法。本工程中，在开挖深度范围内，土体主要为二次冲填土和淤泥。冲填土和淤泥强度低，工程性质差，属软弱土。针对该种软土地基，在开挖过程中遵循分段、分层开挖，随挖随撑的原则。纵向分段、竖向分层。整个基坑纵向根据开挖深度及支撑设置情况分为 8 个区，不同区段根据开挖深度采用不同的开挖方式。图 1 基坑纵向
11、开挖分段示意图竖向先从原地面开挖至第一道支撑标高处，安装支撑并施加预应力，然后再进行土体开挖。开挖至第二道支撑标高处时，安装第二道支撑并施加预应力完成后方可继续开挖。图 2 基坑开挖示意图（3）基坑内排水基坑变形控制方法 翟海林5在开挖过程中随时设置排水沟和集水坑，基坑开挖至每一个工作面都及时排水，确保基坑内不积水。根据开挖进度，在基坑两侧设置集水坑，沿支护桩内侧开挖排水沟，各安装一台 10kw 泥浆泵抽水。图 3 集水坑设置示意图（4）基坑土方开挖要点在长条形地深基坑中，基坑开挖的施工技术要点是：按一定长度分段开挖、安装支撑和浇注结构，在每段开挖中再分层、每层分小段地开挖和支撑，随挖随撑并施
12、加支撑预应力。开挖的层面与支撑的层面相对应，每小段的开挖长度不应超过 2 道撑的范围（9m） ，每小段从开挖土方到架设支撑施加预应力不超过 16 个小时。为确保基坑开挖纵向稳定，纵坡控制在 1/3-1/4，开挖台阶高度或层厚不得大于1m。不同工程基坑开挖可根据基坑工程设计斯选定的主要施工参数，按基坑规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件，确定可操作的开挖与支撑的施工程序及施工参数。2.3、基坑支护体系（1）基坑支护体系作用及组成基坑围护体系是支撑基坑外巨大的土压力和附加荷载，阻碍基坑变形，防止基坑发生坍塌的主要结构。目前深基坑较常用的支撑形式为内撑式基坑围护结构，该体系具有结构简单，
13、受力明确，对坑外土体强度要求较低、施工可操作性强、进度快、钢支撑系统可循环利用等优点，在基坑支护施工中得到广泛的应用。本工程基坑支护采用内撑式支护体系，由直壁围护桩、型钢围囹和钢管支撑和格构柱组成。围护桩为直径 800mm 灌注桩，桩间距 1m，桩长 20m，桩顶浇筑钢筋混凝土压顶梁。支撑钢管采用 609mm，壁厚 16mm 钢管，钢管间距 4.5m。其中钢围檩沿支护方向设置，609 钢管垂直于钢围檩设置，460460 格构柱为竖向支撑，以减基坑变形控制方法 翟海林6小钢管的竖向挠度、增强钢管支撑力。（2）支撑预应力的施加支撑轴力的施加可以在不改变最终轴力的基础上减少围护结构的变形和围护结构的
14、内力。预应力用油压千斤顶在支撑活络头处施加。预加力按设计轴力 50施加，加至规定值时应再检查各节点连接状况，并对节点进行加固。由于温度等原因造成预加轴力损失时需及时补加轴力至设计值。（3）基坑变形过大时的应急措施随着基坑开挖的加深，基坑变形速率也会相应增大，当基坑变形的速率超过控制范围，接近警戒值，而支撑轴力未达到自身的规定值时，可增大支撑轴力来控制变形；当支撑的轴力接近或超过设计值时，需增加变形监测频率，时刻掌握基坑变形情况，必要时可以通过基坑外侧挖土卸载的方式减小土体对支护结构的侧压力。若卸载效果不明显，还可通过增设支撑来分解轴力，提高抗变形能力，阻止基坑变形进一步增大。2.4、基坑变形监
15、测（1）变形监测的目的及监测内容在施工过程中，由于基坑施工引起土体变形、水动力条件变化会对基坑本身及周边环境产生不利影响。深基坑监测是一种直观反映基坑变形情况的监测手段，是信息化施工常用的一种方法。施工监测在确保深基坑开挖安全上起着十分重要的作用。该工程位于填海造陆区，周边无其它建筑物和管线，因此基坑监测内容主要为支撑轴力、围护结构的水平位移、沉降。基坑变形观测点布置见图 8。W1W20 设置在支护桩顶冠梁上，进行沉降及位移观测。LZ1LZ10 设置在格构柱柱上，进行格构柱的沉降观测。钢支撑轴力观测点布置见图 9，共设置 18 个（ZL1ZL18）轴力观测点。图 4 基坑沉降、位移观测点布置图
16、基坑变形控制方法 翟海林7监 测 点 布 置 示 意 图连 云 新 城 滨 海 大 道 下 穿 道 基 坑 工 程工 程 负 责 人连 云 港 四 方 测 绘 勘 察 有 限 公 司制 图 附 图 12013年 2月 6日 CAS制 图检 查 图 号钢 支 撑 轴 力 观 测 点注 ： 具 体 布 设 点 位 及 个 数 以 现 场 实 际 情 况 布 设 为 准 。 徐 德 伟徐 德 伟图 5 基坑钢支撑轴力观测点布置图（2）监测仪器水平位移：选用日本 TopCon MS05 全站仪，直接测量坐标法观测，并定期检核基准点稳定性。 垂直位移：选用天宝 DINI03 精密电子水准仪，按二级沉降观
17、测规范要求施测，并定期检核各基准点的稳定性。支撑轴力监测：选用 608-A 型钢弦式数字频率读数仪，仪器读数精度为1HZ，观测精度为1KN。（3）监测频率在不同的施工阶段，其监测频次有所不同，本次监测频率拟按表 1 进行，若施工工况及监测对象有变化，则根据需要作适当调整。监测频次计划表 表 2监测项目 土方开始开 挖前 土方开挖期间 底板浇筑及支撑 拆除围护桩桩顶水平及垂直位移监测 2 次初值观测 1 次/天 2 次/周临时立柱垂直位移监测 2 次初值观测 1 次/天 2 次/周钢支撑轴力监测 2 次初值观测 1 次/天 2 次/周备 注 监测点变化异常时可适当加密观测频率（4）基坑变形监测注
18、意事项监测工作严格按照监测方案进行。监测数据以日报表形式隔日提交有关各方，当测试数据（累计或日变化量）临近或超过报警值时，即加频监测，并向有关部门预警，以便采取相应技术措施确保工程质量和周围环境的安全。轴力监测所使用轴力计的标定数据都是在室温恒定且理想的情况下进行的测定，因此在现场的测量中，应对所测数据计入温度效应的影响。但由于现场没有对温度补偿或温度影响参数测定的条件，所以在轴力监测时，应统一在一天的同一时间进行观基坑变形控制方法 翟海林8测，或者对测量的数据根据当天温度进行修正，这样，所得数据将可以较为准确的表现真实值。目前振弦式轴力计在支撑轴力监测方面使用较多，但振弦式轴力计对现场震动较
19、为敏感，因此在采集数据时需减小现场震动，尽量在施工机械停机的情况下测量。2.5、现场施工管理基坑开挖施工现场安全管理在基坑变形控制方面也起到重要作用。现场安全管理主要包含施工材料堆放管理和施工机械管理。（1）坑边附加荷载对基坑的影响坑边堆土或堆放其它重型材料可使坑侧土体产生较大的附加侧压力，坑边堆物的附加侧向土压力主要与以下几个因素有关：荷载大小 q、坑边距离 a、计算点深度 z 等几个主要因素有关。在进行基坑稳定性验算中坑外地面超载取值为 20KPa，因此，在坑边累计施工荷载不得大于 20KPa。图 6 基坑外荷载产生附加土侧压力曲线图 图 7 基坑外荷载产生的附加土侧压力与距离关系图（2）
20、如何降低基坑外侧附加荷载堆基坑的影响由基坑外荷载产生的附加土侧压力与距离关系图可知，紧靠基坑边缘时，对基坑支护结构作用的附加土侧压力最大值于坑外荷载几乎相等，对基坑变形影响很大，堆载距离对基坑围护结构影响十分敏感，因此在施工过程中严禁在基坑边缘堆放土方或其它重型材料。施工机械在进行作业时要尽可能的远离基坑边缘，避免产生较大的附加侧向土压力。大型土方运输车严禁在基坑边缘形式。随着基坑的加深，进行下层土体开挖时需换用小型运输车辆运土，以减小坑外附加荷载。基坑变形控制方法 翟海林9当天施工结束，要把大型施工机械设备如挖机、吊机停靠在远离基坑且地基条件相对较好的场地。3 结语本工程深基坑施工采取了合理的技术措施和严格的施工管理，采用信息法监测施工，在施工中取得了很好的效果。基坑施工基坑各项变形指标均在设计允许范围以内，保证了深基坑施工的顺利完成。图 8 施工完成的下穿道4 参考文献1 卜昌富基坑边不同堆土方式与其所产生的附加土侧压力关系分析建筑施工第 33 卷第 11期；2 刘贵军 张电吉 徐杨青 地铁深基坑支撑轴力监测与分析研究 ，山西建筑 第 34 卷第 1 期；3 刘建航 侯学渊 基坑工程手册 ，北京，中国建筑工业出版社，1997；4 李玉岐 谢康和 深基坑开挖引起的基坑边形预测与研究分析 ，工业建筑，2004，34（9） 。
