前言

 

　　某一具体工程正在施工中，上部为西水关小桥，下部为过水箱涵与水西门隧道主体共建，距离水西门大街约80拟建场隧道沿线地段属于长江漫滩沉积地貌单元，由于人类的活动和改造，现城西干道道路西侧为秦淮河，东南方向为内秦淮河西水关泵站处。总体地势平坦，目前地面高程在11.0～11.8m之间，开挖深度为16m。主要穿越地层如下：新近期的杂填土、素填土和淤泥质填土；Q4-4粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、粉质黏土夹粉土、粉细砂；Q4-3质黏土、混卵砾粉砂岩；K2p质粉砂岩、粉砂质泥岩。考虑基坑地处闹市区，地层主要为杂填土、黏土及粉土且地质环境复杂水位较高，优选围护结构选型为地下连续墙。因工期与造价影响，故对围护结构设计采用排桩+止水帷幕，1层混泥土支撑+3钢支撑结构选型。其开挖步骤为3步开挖，第1步开挖深度为5.5，第2步深度为4.0m，第3步开挖深度为3.0m。基坑剖面如图1所示。

 

　　2深基坑开挖的数值模拟

 

　　2.1模型的建立

 

　　计算模型尺寸为154m×123m×58m（X×Y×Z），计算模型如图2所示。

 

　　为简化计算，依据同一土层是各向同性的、均匀的和连续性的假定，结合现场地质勘查报告，计算采用的土层力学性质指标及相关参数见表1所列。

 

　　围桩按等刚度原则换算成为板单元计算；冠梁、混凝土支撑、钢支撑、系梁、钢围檩及立柱按梁单元进行行计算。

 

　　2.2分析步骤

 

　　开挖考虑初始应力，具体开挖分析步骤如下：（1）初始应力分析；（2）结构施工及设置第1道支撑；（3）第1步开挖；（4）内侧部分排桩破除；（5）设置第2道支撑；（6）第2步开挖；（7）设置第3道支撑；（8）第3步开挖；（9）设置第4道支撑；（10）第4步开挖；瑏瑡底板施工；瑏瑢主体施工。

 

　　3数值计算结果分析

 

　　3.1坑底回弹及立柱沉降分析

 

　　本工程基坑位于软土地基之上，土层中含有大量古城墙基础的砖石块和木桩，止水帷幕与坑底加固无法有效施工，随着开挖深度的增加，土体的卸载必然引起坑底土体回弹，开挖至坑底局部最大隆起值达到39.6mm，略超过绝对控制值（35mm），小于控制标准（0.3H%）。坑底土体回弹是立柱上浮的直接原因，如果在开挖过程中立柱沉降过大会导致支撑梁等围护结构的开裂，产生较大变形，严重时影响基坑工程的安全，因此立柱沉降为本次施工关注的重点。

 

　　3.2支撑轴力分析

 

　　横向支撑直接约束围护结构的侧向水平位移，支撑轴力的大小是围护结构变形的直接反应。由于其观测方法简单、准确，轴力往往是基坑安全研究的重要指标之一。本工程第1层混凝土支撑最大轴力2007.7KN，小于报警值28200KN；最大钢支撑轴力出现在第2层支撑上。最大单根支撑轴力模拟值为1420.3KN，超出报警值1200KN。

 

　　3.3围护结构内力分析

 

　　围护结构内力是评价基坑安全的另一个重要指标，本文的基坑开挖前后围护结构弯矩云图如图3所示，基坑围护结构弯矩出现正负2个峰值，随着开挖的进行，到第4步开挖结束时，绕X方向出现最大正弯矩1407.6KN·m/m由于内侧排桩对外侧排桩的约束作用，内外排桩咬合处出现应力集中现象，最大负弯矩模拟值为-3195.5KN·m/m。

 

　　4数值计算结果与监测数据对比分析

 

　　4.1监测方案与实测数据

 

　　本基坑采用明挖顺做法，主要监测项目为支撑轴力、基坑收敛、立柱沉降、桩顶沉降、周边土体沉降。监测频率开挖期间1～4次/d，主体施工及回填期间1次/3d。基坑底部土体隆起是基坑安全的一个重要的指标，坑底隆起受施工影响，监测难度较大，因此在实际工程中，多数对立柱沉降进行观测，从而达到对坑底隆起控制的目的。本文结合实际工程，选取立柱沉降观测结果，绘制立柱沉降随开挖步骤及时间的监测变化曲线。根据分析我们可以得知立柱沉降的整体趋势，结合实际施工过程与监测数据分析如下：

 

　　（1）随着开挖深度的增加，土体开始不断卸载，坑底土体出现回弹，通过桩-土作用，立柱呈整体上浮的趋势。

 

　　（2）第7天以前，第1步开挖至第3步开挖，立柱上浮最大值4.5mm/d，超出报警值2mm/d，第7天以后，围护桩之间出现第1次渗水现象，同时立柱顶部位置的混凝土梁出现大量裂缝，于是暂停施工使土体隆起趋势减弱。第21天开始第4步开挖完毕，立柱监测点LZ2上浮11.4mm，达到开挖过程中的最大监测值。在第4步开挖后，实测值620.0KN，有限元模型对应相同坐标的94452号计算单元模拟值665.6KN。监测数据与模拟值基本一致。第24天以后，基坑底板开始施工，由于底板的约束与自重作用使得坑底隆起的土体得以部分下沉，逐渐偏于稳定。

 

　　4.2数值计算结果与监测结果对比分析

 

　　选取立柱沉降与支撑轴力计算结果与实际监测值进行对比分析。立柱监测点LZ1、LZ2、LZ3、LZ4在开挖过程中的沉降曲线，由于受实际工程的开挖暂停以及部分土体回填使立柱上浮的位移有部分下沉的影响，立柱计算值与模拟值有一定出入，但开挖后立柱整体上浮的趋势基本一致。支撑轴力在第3步开挖结束时，实测值为668.6KN，有限元模型对应相同坐标的94069号计算单元模拟值648.5KN；实测值在第4步开挖结束时出现了整个前期开挖过程中的最大值1213.03KN，模拟值1160.4KN。

 

　　5风险性研究

 

　　5.1在计算过程中，通过对模型第2层支撑的第3组钢支撑单元选择钝化与激活，分别得到双拼钢支撑原方案与三拼钢支撑最终优化方案的轴力计算值。由计算结果可知，第2层支撑中，原双拼方案最大支撑轴力模拟值1420.4KN，超出报警值1200KN。结合现场监测数据不断报警的情况，项目部将第2层支撑原方案的每组双拼钢支撑分别增加1根单根钢支撑，使原方案的双拼变更为三拼钢支撑，使该层单根钢支撑的最大轴力监测值减小至1122.7KN，小于报警值1200KN。变更方案实施后，轴力处于可控范围之内，起到减小轴力和降低风险的预期效果。

 

　　5.2从图3基坑开挖前后围护结构弯矩图可知，应力集中附近的排桩未完全咬合处存在桩间土撕裂，继而可能引发涌水、涌土的工程事故，建议项目部对应力集中处的附近土体采取小导管注浆预防渗漏。

 

　　5.3在第21天第4步开挖完毕以后，基坑东北角的桩间土撕裂，出现大规模涌水、涌土的事故，使工程遭受巨大的经济损失。其原因如下：

 

　　（1）受地质条件影响，杂填土中含有大量原古城墙基础遗留下来的砖块、石块和木桩，导致原设计方案中的三轴搅拌桩无法进行施工，基坑四周无其他有效的止水帷幕；（2）咬合桩施工质量未能达到要求，桩与桩之间并未完全咬合，未达到预期的止水效果；（3）由有限元计算结果可知，基坑内外排桩咬合处，出现应力集中，致使距坑底2m处桩间土被撕裂，从而出现渗水事故。事故出现后，通过专家论证，对基坑四周土体与坑内土体进行水玻璃与水泥浆1：1混合注浆，封堵渗流孔径，同时四周与坑内土体得到固化，达到了止水加固的效果，保证了后续施工安全、顺利进行。

 

　　6结语

 

　　综上所述，软土地区的深基坑变形控制是一项极为繁杂的工作项目，其中涉及的项目要点都需要相关的人员经过科学的计算和论证，唯有如此才能真正的确保深基坑在具体的施工的过程不会因为质量问题导致意外事故。

 

　　参考文献：

 

　　[1]王保军.桩锚支护结构中桩间土保护研究[J].人民黄河，2011（08）

 

　　[2]李志伟.软土地区桩间流土对基坑变形性状的影响研究[J].施工技术，2014（1）

 

　　[3]王卫东，徐中华，王建华.上海地区深基坑周边地表变形性状实测统计分析[J].岩土工程学报，2011（11）