無加固軟土深基坑有支撐暴露變形分析

【 摘 要】 給出了深基坑支護結構有支撐暴露變形的定義，分析了有支撐暴露變形的影響因素。通過對實測數據的分析得出了無加固深基坑有支撐暴露變形與時間的相關關系。結合工程實踐，給出了有支撐暴露變形的控制方法。
【關鍵詞】深基坑 有支撐暴露 變形控制

1引言
上海地區土質軟弱，地下30m深度以內的地層多屬流塑和軟塑粘土。土質具有高含水量、高靈敏度高壓縮性、低密度、低強度、低滲透性等特性，其流變性顯著。在這種土層中進行深基坑施工具有很大的風險性。其風險主要表現在：深基坑自身的風險、深基坑施工對周圍環境的影響。
在保證深基坑整體穩定的前提下，深基坑施工的風險主要與深基坑施工工程中的變形控制有關。變形控制已成為深基坑設計和施工過程中最主要的考慮因素之一。
深基坑圍護結構變形按時間順序可分為：前期變形(基坑開挖前的變形)、開挖期間的變型(基坑開挖至底板施工完畢期間的變形)、后期變形(底板澆搗后的變形)。其中開挖階段被動區土體應力、圍護結構內力以及支撐軸力等參數均很高，因此此階段是基坑施工中安全問題最突出、變形最大的階段。開挖階段變形控制是深基坑變形控制的重點。
深基坑采用分層開挖。對于每小塊土體，根據其相應支撐軸力的施加狀態，可將其施工時間分為無支撐暴露時間和有支撐暴露時間。相應地，其變形亦可分為無支撐暴露變形和有支撐暴露變形。
2 開挖階段變形
基坑開挖是一個土體應力釋放過程，此過程打破了原有地層的應力平衡體系，擾動后的土體進步流變和固結。基坑支護結構在坑內外土體的不平衡壓力作用下向坑內移動。
基坑的開挖過程中圍護結構變形除決定于圍護結構自身力學特性和土層參數外，還與施工參數(開挖時間及空間尺寸、形狀)密切相關。①開挖后因卸載而引起的土體應力隨時間變化而變化，圍護結構受力狀態亦隨之變化，圍護結構向基坑內變形逐漸增大；基坑的安全性隨著時間的發展而逐漸降低；②土體的變形隨時間的發展而增大，土體及圍護結構變形發展貫穿于基坑施工的全過程；③土體的位移與開挖的空間形狀、尺寸密切相關。時間效應和空間效應是耦合的，兩者的共同作用影響著支護結構的變形。
根據支護結構受力狀態及變形發生的時間的不同，可將開挖階段變形分為兩類：無支撐暴露變形和有支撐暴露變形。
2．1 無支撐暴露變形
圍護結構無支撐暴露時間是指分塊土體開挖至被動區土體不足以阻止圍護結構變形時起，到對應位的支撐施加預應力完畢止的一段時間。其中包括兩部分：墻后土體開挖時間和對應支撐架設及施加預應力時間。所以為控制圍護結構無支撐暴露時間，應分別控制此二部分的施工時間。
為控制圍護結構無支撐暴露時間，需根據設計要求和實際施工條件確定施工工藝：考慮施工機械及施工技術條件、土體加固情況等，確定每步開挖的空間尺寸及圍護結構無支撐暴露時間。
時空效應理論中對各種基坑的開挖方式和參數均做了詳盡的規定并且提供了計算方法。具體參數可參見“上海地鐵基坑工程施工規程(SZ-08-2000）”
2．2有支撐暴露變形
圍護結構有支撐暴露時間指維護結構在一層土體開挖、支撐完畢至下一層土體開挖之間的一段時間。有支撐暴露變形即基坑支護結構有支撐暴露期間的變形。
基坑施工工藝決定了同一斷面兩次開挖必須間隔一定時間，即有支撐暴露時間。有支撐暴露期間用于溫度變化、主被動xE~體流變、施工擾動等因素作用，基坑擋墻必將產生變形。有支撐暴露變形主要與下列因素有關：暴露時間、開挖深度、支撐軸力及加固情況。以下將以上海地鐵一號線北延伸段延長路站為例，著重分析有支撐暴露變形與開挖時間的關系。
3 有支撐暴露變形分析
3．1 工程概況
延長路車站，位于共和新路延長中路的交叉口西側地下，沿共和新路呈南北向布置，為地下二層島式車站。
本車站基坑工程等級為二級。車站凈長226．6m，標準段寬17．6m。車站主體圍護結構采用地下連
續墻，地下連續墻厚度二側端頭為800mm厚，深度29m；中間部分為地下連續墻800mm厚，深度27m。基坑開挖深度，端頭井為16．84m，車站標準段為15．24m。標準段降水開挖，端頭井基坑底部注漿加固，加固范圍為坑底以下4m。
延長路車站主要涉及地層：①人工填土②褐色—灰黃色粉質粘土③1灰色淤泥質粉質粘土③2灰色粘質粉土③3灰色淤泥質粉質粘土④灰色淤泥質粘土⑤l-1灰色粘土⑤1-2灰色粉質粘土⑥1暗綠色粘土⑦1-1草黃色砂質粉土。整個車站土層分布較均勻，分層界限明顯。車站標準段基底位于灰色淤泥質泥土層中；端頭井亦位于該層中。標準段地下連續墻底為位于暗綠色粘土層中，端頭井地下墻進入⑦1—1。延長路車站墻體的斜點布置圖如圖1。

3．2 有支撐暴霹變形估算
延長路車站墻體測斜點布置圖
3．2．1 有支撐暴露變形與總變形的關系
有支撐暴露變形與時間密切相關，一下按開挖總時間將各個測斜斷面進行分類：
(1)約15d。圖2為10號測斜孔開挖期間變形曲線，開挖總歷時13d。由于開挖施工總時間較短因此有支撐暴露變形亦較小。有支撐暴露變形約占開挖期間總變形的1／3。

(2)約30d。圖3、圖4分別為3號、18號測斜孔開挖期間變形曲線，其中3號孔開挖總歷時36天，18號孔開挖歷時30天。此處施工速度比較常見，基本保持一周一層土。有支撐暴露變形約占開挖期間總變形的1／2。

圖3 3號測斜孔變形曲線
圖4 18號測斜孔變形曲線
(3)大于45d。圖5、圖6分別為4號、20號壩蝌孔開挖期間變形曲線，其中4號孔及20號孔的開挖總歷時均為55天。此斷面處開挖施工不連續，有支撐暴露時間較長。有支撐暴露變形約占開挖期間總變形的3／4。

圖5 4號測斜孔變形曲線

圖6 20號測斜孔變形曲線
由上述分析可知：開挖時間對有支撐暴露變形的影響可以近似以30~35d為界，一般若開挖時間很短(如<15d)，則有支撐暴露變形較小，為開挖變形的1／3；若開挖時間為30~40d，則有支撐暴露變形與開挖變形基本相當；而當開挖時間很長(如大于45d)，則有支撐暴露變形將顯著增加，明顯大于開挖變形。
3．2．2 有支撐暴露變形與時間的相關關系
對上述圖2～圖6進行整理，可得出有支撐暴露的最大變形與基坑施工(至底板)時間的相關關系，如圖7。

圖7 有支撐暴露變形與時間的相關關系
由圖7可知，有支撐暴露的最大變形與基坑施工時間近似成線性關系：
y=O．79x-2．63
式中，y為有支撐暴露變形；x為基坑施工(至底板)時間。
4 有支撐暴露變形控制
深基坑變形控制貫穿于施工的全過程。根據以上分析，可將深基坑變形控制分為兩部分，即：無支撐暴露變形控制和有支撐暴露變形控制。其中無支撐暴露變形控制主要通過控制其施工參數，如開挖寬度、開挖時間、支撐時間、支撐軸力等等。
由上述分析可知，有支撐暴露變形與時間直接相關，因此為控制有支撐暴露變形應盡量縮短有支撐暴露時間。另外，有支撐暴露期間由于溫度變化、施工擾動、主被動區土壓力變化、支撐應力功松弛等原因，導致支撐軸力損失。因此控制有支撐暴露變形還應在基坑有支撐暴露期間按要求復加支撐軸力。復加支撐軸力控制標準有應力控制標準和變形控制標準。應力控制即當支撐軸向應力損失達到某一閥值時，進行軸力復加。位移控制即當支撐端點位移(目附應的維護結構位移)變化達到某一閥值時，進行軸力復加。實踐中可根據基坑變形控制的要求制訂應力和位移閥值，必要時采用復合控制標準。
5 結 論
(1)有支撐暴露變形是深基坑開挖階段變形的重要組成部分，在深基坑變形控制過程中應給予足夠的重視；
(2)有支撐暴露變形主要與暴露時間、開挖深度、支撐軸力及加固情況等因素有關；
(3)有支撐暴露的最大變形與基坑施工時間近似成線性關系：y：0．785x-2．63；
(4)控制有支撐暴露變形應盡量縮短有支撐暴露時間，減少有支撐暴露期間的施工擾動并及時按
要求復加支撐軸力。