软土地基基坑施工现场监测及分析

摘要：软土地基开挖施工过程中，土体侧向变形非常大，这就给建筑物以及周边环境造成了非常严重的影响，结合工程实例，本文着重介绍软土地基开挖施工过程中对围护体系影响，并对诸多监测参数进行分析，为验证有关设计参数提供依据和参考。

关键词：软土；基坑；监测；沉降；水平位移

中图分类号：TU471.8 文献标识码：A 文章编号：

引言

软土地基由于其高灵敏度、低强度，具有明显的流变、舞变特性，在基坑开挖过程中，因开挖面高差引起的应力差及土体开挖卸荷变形，易引起边坡位移。为了确保基坑边坡自身的稳定性和施工安全，根据基坑开挖深度及场地环境条件，本基坑工程采用深层水泥土搅拌桩进行围护与止水，在施工阶段采取降、排水措施。伴随着城市对环境保护和施工安全要求的日趋严格，对基坑施工监测、预报及防护综合技术的发展也就更加重要。

本文结合上海市嘉定区华润置地菁英苑A10地块软土地基施工实例，通过分析基坑开挖施工过程中引起的围护体系的沉降、位移及土体深层水平位移的变化规律。寻找监测参数之间变化的相关联系和规律性。为后续工程施工提供参考。

工程概况及地质条件

本工程位于上海市嘉定区南翔镇的东部，本项目一期工程主要由3幢23层住宅楼，7幢18层住宅楼，5幢1～4层商业、配套及一层地下车库组成。

拟建建筑物采用预制管桩基础，静压法施工，基坑围护形式采用深层水泥土搅拌桩进行围护与止水。该工程围护边长约为950m，基坑面积约为26500m2。本工程取场地平整后相对标高-4.300m，车库底板相对标高-10.25～-10.65m，开挖深度为5.95～6.35m。局部坑边集水井落深1.5～1.85m。

根据地勘资料显示,该工程场地内开挖深度影响范围内土体划分为5个层次，各土层物理力学性质综合指标见表1所示。

表1：土层物理力学性质表

监测项目及监测点布置

为了确保周边建筑物和围护体的安全，在基坑开挖过程中需对围护体进行现场监测，根据规范的相关条款、设计单位、建设单位的要求，本工程围护体系监测项目有：①围护墙顶部的垂直、水平位移监测；②围护墙测斜监测；③坑外地下水位监测。监测点的布设综合考虑了经济合理、安全有效的原则， 现场实际布设时，监测点尽量布设在围护墙侧边中部、阳角处、围护结构受力和变形较大处，具体监测点布置详见图1:围护体监测点平面布置示意图。

图1：围护体监测点平面布置示意图

三、监测结果分析

3.1围护体系沉降与时间的关系

该工程由于施工面积较大，现场开挖施工按照分层分区施工，先施工南侧1～3#楼区域基坑，然后再逐步往北推进。限于篇幅，仅分析1～3#楼区域围护监测点数据。该区域自2012年3月13日开始施工，至2012年5月25日结构出±0.000结束，施工过程中对围护体在各个施工阶段沉降变化情况进行了监测。结果如图2所示。

图2：围檩监测点沉降随时间变化关系

对围檩沉降监测结果分析可以发现：

1）在基坑开挖阶段数据变化较大，主要是由于开挖卸荷后，土体原有应力状态发生变化，导致围护体内外侧水土压力失去平衡，围护墙向基坑方向发生位移。并且变形历时较长，在基坑开挖到底板标高后，依然有较大沉降变化速率。在垫层及底板施工后，沉降速率明显放缓，在主体结构施工至±0.000阶段，沉降变化依然较为缓慢，这一变化规律与现场施工工况基本一致。

2）从图2可以看出，数据沉降变化趋势总体是下沉的，但个别监测点位前期有隆起趋势，主要是由于前期土方开挖期间土方运输车运输渣土造成地面有局部隆起。基坑开挖引起的围护体下沉与外部施工环境造成的隆起产生了复杂的叠加效果，伴随着应力的逐步消散，后期数据依然是下沉趋势，并基本保持一稳定值。

3.2围护体系水平位移与时间的关系

围护体系的水平位移监测与其沉降监测同步开始，部分围护体系水平位移监测结果如图3所示。

图3：围檩监测点水平位移随时间变化关系

对围檩水平位移监测结果分析可以发现：

1）在基坑开挖初期，围檩的水平位移变化较小，在开挖的中、后期变化较大，甚至在底板施工阶段变化亦较大。后期变化平稳且位移值恒定在一个区间范围内。这主要与基坑的开挖方式、开挖深度和土层物理力学性质及土体含水量等因素有着密不可分的关系。该基坑采用分层开挖的方式，有效降低了围护体系变形的速率，降低基坑施工的安全风险。围护体系的水平位移变化均相对滞后施工阶段3～7d,这主要是由于土层应力消散需要一个时间过程的原因。

2）WL5、WL8、WL9等水平位移监测点变化较大，这主要是由于围护体开挖卸荷后，朝向基坑一侧水平位移造成。通过现场的巡视巡查可以发现，在围护重力坝外侧有明显地面裂缝。后经施工方及时处理，使得地面裂缝的发展得到有效控制，水平位移也得到了有效控制。

3.3深层水平位移与时间的关系

从2012年3月21日～5月25日对2～7#测斜管的深层水平位移进行监测，部分监测点的土体深层水平位移监测结果如图4～图5所示。

图4：CX5深层水平位移随时间变化关系 图5：CX6深层水平位移随时间变化关系

对深层水平位移监测结果分析表明：

1）围护体的深层水平位移与基坑开挖后围护墙暴露的时间长短有着密切关系，在4月20日基坑开挖到底，施工底板之前，位移变形速率急剧增加，之后随着底板浇筑及主体结构施工，位移变形速率逐渐变小。

2）深层水平位移随着围护体深度的增加，变形逐渐减小，在地下约12米深处几乎没有变形。其原因与此土层为淤泥质粉质粘土有关，此外，由于地表以下浅层范围内，为杂填土、浜填土，且上覆压力很小，故地层上部有较大水平位移，地层下部水平位移随深度逐渐减小。从曲线图上看，犹如悬臂式摆动，这是无支撑式支护体系变形的最大特点之一。

结论与建议：

1）围护体系的隆沉变形是水土应力释放、外界荷载、施工方法等因素在时间和空间上综合叠加形成，相互之间存在着非常复杂的关系，而不仅仅是几个影响因素的简单相加。

2）深层土体水平位移的大小与基坑开挖深度密切相关，并随着开挖深度的增加，变形逐步增大，深层土体水平位移的速度与施工方法、施工工序有关。现场可通过调整施工速度、合理安排施工次序等方式，将围护体深层水平位移基本控制在允许范围内，从而大大降低了基坑施工的安全风险。

3）现场监测过程中，围护体的沉降变化速率较大或累计变形较大时，围护体系的水平位移的变化速率亦较大或累计变形亦较大。从而使得多种监测项目之间有机结合，形成整体，测试数据相互间能进行校核，确保数据的准确、可靠。

实践表明该工程所采用的监测方法是可行的、有效的，达到了预期目的。可为类似工程提供参考。

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