經驗交流：地鐵深基坑開挖引起的效應及措施（二）
發布時間：2010-01-14 共1頁
3.2 基坑降水為減少井點降水對周圍建（構）筑造成的影響和危害，通常采取下列措施：
（1）采用全封閉形的擋土墻或其它的密封措施，如地下連續墻、鎖口鋼板樁、灌注樁、旋噴樁、水泥土攪拌樁等，將井點設置在坑內，井管深度不超過擋土墻的深度，僅將坑內水位降低，而坑外的水位將維持在原來的水位；
（2）根據工程實際情況，適當地調整井點管的埋置深度；一般情況下，井點管的埋設深度應該使基坑內的降水曲面在坑底下0.5～1.0m；如在沒有密封形擋土墻的情況下，基坑降水不僅使坑內水位下降，也使坑外水位下降。如果在降水影響區范圍內有建（構）筑物、管線等需要保護時，可在確保基坑不發生流砂和地下水不從坑壁滲入的條件下，適當地提高井點管設計標高；
（3）井點降水區域隨著降水時間的延長，向外、向下擴張，若在兩排井點的當中，基坑很快形成降水曲面，坑外降水曲面擴張較慢。因此，當井點設置較深時，隨著降水時間的延長，可以適當地控制抽水量和抽吸設備真空度。當水位觀察井的水位達到設計控制值時，調整設備使抽水量和抽吸真空度降低，達到控制坑外降水曲面的目的；
（4）采用井點降水與回灌相結合的技術，在井點降水管井與需要保護的建筑、管線間設置回灌井點、回灌砂井或回灌砂溝，持續不斷地用清潔水沖洗，（以免土體發生孔隙堵塞，降低土地滲透性能而影響回灌效果）回灌，形成一道水幕，以減少沉降；
（5）井點應連續運轉，盡量避免間隙和反復抽水，因為每次降水都會產生沉降，增加反復抽水地次數，使總的沉降量積累到相當可觀的程度。
（6）為減少坑內井點降水，減少降水曲面向外擴張，防止鄰近建筑物基礎下地基土因水位下降、水土流失而產生的沉降，在井點降水前，在需要控制沉降的建筑物基礎周邊，布置注漿孔，控制注漿壓力。
3.3 控制基坑變形的措施在基坑工程設計時，應考慮有關的影響因素：
（1）設計時，應根據環境要求選擇基坑位移的控制等級；
（2）基坑的最的水平位移值，與基坑開挖深度、地質條件及支護結構類型等有關，在基坑支護結構體系的設計滿足要求時，支護結構水平位移最值與基坑底土層的隆起抗力系數存在一定的統計關系
（3）圍護體系的平面形狀與變形有一定的關系，從受力分析可知，圓形、弧形、拱形比直線形要好；工程實踐經驗表明，在最不利的轉角位置、墻后地面和墻面容易出現裂縫，因此，圍護樁體系的平面形狀不一定非得與底板形狀一致。
（4）實踐表明，圍護樁根部插入較好土層中，其圍護體系的變形小，穩定性好。
基坑施工時，應考慮相關因素影響：
（1）基坑圍護體系規律，其變形可以分為兩個階段，一是開挖到設計標高時的變形，二是到底板結束時的位移。而第二階段的變形與基坑暴露時間有關，暴露時間越長，風險性越。
（2）基坑工程的受力特點是面積卸載，坑周圍和坑底應力場從原始條件逐漸降低。基坑暴露后，及時鋪設混凝土墊層對保護坑底土體不受施工擾動、土體應力松弛具有重要作用；
（3）基坑周邊超載，增加墻后土體壓力及滑動力矩，降低圍護體系的安全度；
（4）由于量卸荷，坑周圍應力場變化，地面或多或少會產生許多裂紋，降雨或施工用水進入土體會降低土體的強度，并增加土壓力。
施工中設法減少土體中有效應力的變化，提高土的抗剪強度和剛度，為此必須：
（1）在基坑周開挖過程中和開挖后，應保證井點降水的正常進行；
（2）盡量減少基坑坑底的暴露時間，盡快澆筑墊層和底板混凝土；
（3）必要時，在開挖前對坑底土體進行局部加固處理
4、信息化施工
基坑工程是一個動態變化的復雜系統，不確定的因素很多，僅僅依靠理論分析和經驗估計是很難保證基坑施工安全的。因此，加強現場監測就成了基坑安全施工的重要環節。
基坑工程不確定的因素主要表現在以下幾個方面：
（1）巖土性質、工程地質和水文地質條件勘察所得到的數據離散性，且往往難以代表土層的總體情況，勘察報告所提供的場地地質資料有限；
（2）基坑周圍條件復雜，鄰近建筑物、構筑物、道路和地下管網設施等都嚴重干擾基坑的施工；
（3）設計計算中土體側壓力的計算和支護結構簡化計算的模型與工程實際可能不一致；
（4）連續降雨或暴雨對基坑的開挖具有極的影響，雨水的沖刷、浸泡、地下水滲透等往往使邊坡失穩；
（5）基坑工程施工過程中，不可避免會遇到一些人為的超支、超挖、支撐不及時和排水不暢等，將對基坑產生不良影響；
（6）土質參數的選擇。眾所周知，土的物理性質參數是隨著其條件及存在環境改變而改變的；土質參數是設計者在勘察資料所提供的眾多數據中憑經驗選擇的，其準確性難以檢驗；
（7）圍護結構的內力計算。支撐力是通過開挖最終的系統靜力系統確定的，但是側土壓力和支撐力在開挖過程中是不斷變化的，樁體的內力也隨之改變，因而設計沒有考慮變形相容和位移協調關系。
5、實例
5.1工程地質及支護方案的選擇
奧體中心站—元通站區間隧道位于南京市城西新區，兩端起止里程為XK0+611.664～XK2+084.9，線路長度：1473.236m，基坑深度8～12m.地勢基本平坦，場地地貌屬長江漫灘，設計基底加固為深攪樁加固，采用明挖法施工，圍護樁樁長15.6～19.6m，其中鉆孔樁樁徑800mm，深攪樁樁徑650mm，樁間距1050mm，相互咬合200mm，鉆孔灌注樁采用C25鋼筋砼樁，攪拌樁采用四攪兩噴法，水泥為425#，水泥摻量為16%，水灰比為0.45～0.5.區間范圍內自上向下土層構成分別為人工填土、淤泥質填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉土、粉砂。基底所處的多為淤泥質粉質粘土層，隧道結構部分也坐落在該土層中，該土層地質性質表現為“三高一低”，即高靈敏度、高壓縮性、高含水量、低強度等，有高壓縮性的特點，局部有輕微震動液化土層。地下水豐富，影響工程的主要為淺層潛水，主要由氣降水和地表水補給，水位埋深約0.6～1.5m，且土層滲透性差。
鉆孔咬合樁強度及剛度均較，比地下連續墻造價低，鉆孔咬合樁與普通鉆孔灌注樁相比，具有施工噪音低、無泥漿污染、造價低、整體性和止水效果好等優點，因此選用該圍護結構。但鉆孔咬合樁對施工精度、工藝和混凝土配合比均有嚴格要求，否則樁體無法形成充分咬合，不易保證止水而引起基坑失穩等安全事故。
根據近年來本地區的深基坑施工的成功經驗，采用以下的施工方案：
（1）采用“時空效應法”指導基坑施工。“時空效應法”的主要施工特點是：根據基坑規模、幾何尺寸、圍護墻體及支撐結構體系的布置、基坑地基加固和施工條件，按照“分層、分段、對稱、平衡、限時”的原則來確定施工方案。
（2）采用動態動態設計和信息化施工，可根據現場情況和變形數據及時調整方案，因而安全可靠。
（3）施工機具簡單、施工靈活、污染小、噪音低、不擾民。
（4）支護與土方開挖同步進行，邊挖邊撐，保證基坑安全。
由于基底所處的多為淤泥質粉質粘土層，隧道結構部分也坐落在該土層中，該土層工程性質表現為高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低強度等特性，局部有輕微震動液化土層，部分土體為流塑狀態，土體穩定性差、地下水豐富。基坑開挖前進行必要的基坑土體加固，對基坑外7.5m，基坑內地下水位降至基底以下3m，用真空管井降水法提前20d左右降水加固土體。基坑開挖與支撐施工要點是：“沿縱向按限定長度的開挖段逐段開挖；在每個開挖段中分層、分小段開挖，隨挖隨撐，按規定施加支撐預應力，做好基坑排水，減少基坑暴露時間”。在基坑開挖中，沿縱向的分段坑底長度L≤24m，而在每開挖段每開挖層中，又分成8m長一小段，挖好一小段，即直接在圍護結構的規定位置撐2根支撐。開挖某一層（約2.5～3.5m厚）的小段（約8m長）的土方，要在16h內完成，即要求在8h內安設2根支撐并施加預應力。開挖到基底，經檢查處理后，應及時進行封底墊層及其后續工序施工。施工中要做好基坑上下的排水，一是防止地表侵入支護結構周圍的土體，二是確保基坑底部排水通暢，防止底部積水浸泡樁根土體。
5.2支撐及土方施工流程
施工準備→基坑降排水施工→第一層土體開挖→撐第一道支撐→第二層土體開挖→撐第二道支撐→第三層土體開挖→第二道支撐→基底處理→轉入下一循環施工。
5.3圍護樁的監控與措施
為確保工程及附近建筑物的安全，及時根據監測信息反饋指導施工，在施工中要自始自終進行支護變形的監測和地面裂縫的觀察，施工監測的內容為坑邊、坑壁及鄰近建筑的水平、垂直位移、坑邊深層土體側向位移和坑底隆起等，施工中根據各項指標的實測值與警戒值
值比較結果采取不同的措施；監測頻率每天2次，完成基坑開挖與變形穩定后，可適當減少監測次數，施工監測持續至地鐵主體結構頂板澆筑完畢及土方回填完為止。
信息化管理的措施為：
（1）嚴格控制樁墻變形，如變形超出允許范圍，應暫停施工，在相應的位置加密支撐，或者在基坑外挖土卸載，阻止變形的增，對地面裂縫應及時加以封閉，防治雨水滲入；
（2）對蠕變的淤泥質土，開挖難以直立時，應增放坡的坡度，減小開挖深度；
（3）對部分開挖深度較的地段，應減小開挖長度，加強降水，及時澆筑墊層和結構底板，防止基底隆起；
（4）控制每層土體開挖深度，不得超挖，土體開挖后，及時進行支護，盡量減少基底暴露時間。
6、結束語
地鐵深基坑開挖引起的環境效應是一個復雜的動態系統，土的特性決定了基坑降水、開挖施工過程中坑內、外土體必定發生變形，但是其變形小和規律受多種不確定因素影響，因此采用“時空效應法”并根據施工過程中的監測信息反饋不斷修正設計和調整施工方法是比較值得推廣的一種方法。而僅靠理論分析和經驗估計是難以保證工程安全施工的，如何對深基坑開挖引起的環境效應作出一個定量的分析，有待設計及施工人員不斷地探索。
（巖土）
（1）采用全封閉形的擋土墻或其它的密封措施，如地下連續墻、鎖口鋼板樁、灌注樁、旋噴樁、水泥土攪拌樁等，將井點設置在坑內，井管深度不超過擋土墻的深度，僅將坑內水位降低，而坑外的水位將維持在原來的水位；
（2）根據工程實際情況，適當地調整井點管的埋置深度；一般情況下，井點管的埋設深度應該使基坑內的降水曲面在坑底下0.5～1.0m；如在沒有密封形擋土墻的情況下，基坑降水不僅使坑內水位下降，也使坑外水位下降。如果在降水影響區范圍內有建（構）筑物、管線等需要保護時，可在確保基坑不發生流砂和地下水不從坑壁滲入的條件下，適當地提高井點管設計標高；
（3）井點降水區域隨著降水時間的延長，向外、向下擴張，若在兩排井點的當中，基坑很快形成降水曲面，坑外降水曲面擴張較慢。因此，當井點設置較深時，隨著降水時間的延長，可以適當地控制抽水量和抽吸設備真空度。當水位觀察井的水位達到設計控制值時，調整設備使抽水量和抽吸真空度降低，達到控制坑外降水曲面的目的；
（4）采用井點降水與回灌相結合的技術，在井點降水管井與需要保護的建筑、管線間設置回灌井點、回灌砂井或回灌砂溝，持續不斷地用清潔水沖洗，（以免土體發生孔隙堵塞，降低土地滲透性能而影響回灌效果）回灌，形成一道水幕，以減少沉降；
（5）井點應連續運轉，盡量避免間隙和反復抽水，因為每次降水都會產生沉降，增加反復抽水地次數，使總的沉降量積累到相當可觀的程度。
（6）為減少坑內井點降水，減少降水曲面向外擴張，防止鄰近建筑物基礎下地基土因水位下降、水土流失而產生的沉降，在井點降水前，在需要控制沉降的建筑物基礎周邊，布置注漿孔，控制注漿壓力。
3.3 控制基坑變形的措施在基坑工程設計時，應考慮有關的影響因素：
（1）設計時，應根據環境要求選擇基坑位移的控制等級；
（2）基坑的最的水平位移值，與基坑開挖深度、地質條件及支護結構類型等有關，在基坑支護結構體系的設計滿足要求時，支護結構水平位移最值與基坑底土層的隆起抗力系數存在一定的統計關系
（3）圍護體系的平面形狀與變形有一定的關系，從受力分析可知，圓形、弧形、拱形比直線形要好；工程實踐經驗表明，在最不利的轉角位置、墻后地面和墻面容易出現裂縫，因此，圍護樁體系的平面形狀不一定非得與底板形狀一致。
（4）實踐表明，圍護樁根部插入較好土層中，其圍護體系的變形小，穩定性好。
基坑施工時，應考慮相關因素影響：
（1）基坑圍護體系規律，其變形可以分為兩個階段，一是開挖到設計標高時的變形，二是到底板結束時的位移。而第二階段的變形與基坑暴露時間有關，暴露時間越長，風險性越。
（2）基坑工程的受力特點是面積卸載，坑周圍和坑底應力場從原始條件逐漸降低。基坑暴露后，及時鋪設混凝土墊層對保護坑底土體不受施工擾動、土體應力松弛具有重要作用；
（3）基坑周邊超載，增加墻后土體壓力及滑動力矩，降低圍護體系的安全度；
（4）由于量卸荷，坑周圍應力場變化，地面或多或少會產生許多裂紋，降雨或施工用水進入土體會降低土體的強度，并增加土壓力。
施工中設法減少土體中有效應力的變化，提高土的抗剪強度和剛度，為此必須：
（1）在基坑周開挖過程中和開挖后，應保證井點降水的正常進行；
（2）盡量減少基坑坑底的暴露時間，盡快澆筑墊層和底板混凝土；
（3）必要時，在開挖前對坑底土體進行局部加固處理
4、信息化施工
基坑工程是一個動態變化的復雜系統，不確定的因素很多，僅僅依靠理論分析和經驗估計是很難保證基坑施工安全的。因此，加強現場監測就成了基坑安全施工的重要環節。
基坑工程不確定的因素主要表現在以下幾個方面：
（1）巖土性質、工程地質和水文地質條件勘察所得到的數據離散性，且往往難以代表土層的總體情況，勘察報告所提供的場地地質資料有限；
（2）基坑周圍條件復雜，鄰近建筑物、構筑物、道路和地下管網設施等都嚴重干擾基坑的施工；
（3）設計計算中土體側壓力的計算和支護結構簡化計算的模型與工程實際可能不一致；
（4）連續降雨或暴雨對基坑的開挖具有極的影響，雨水的沖刷、浸泡、地下水滲透等往往使邊坡失穩；
（5）基坑工程施工過程中，不可避免會遇到一些人為的超支、超挖、支撐不及時和排水不暢等，將對基坑產生不良影響；
（6）土質參數的選擇。眾所周知，土的物理性質參數是隨著其條件及存在環境改變而改變的；土質參數是設計者在勘察資料所提供的眾多數據中憑經驗選擇的，其準確性難以檢驗；
（7）圍護結構的內力計算。支撐力是通過開挖最終的系統靜力系統確定的，但是側土壓力和支撐力在開挖過程中是不斷變化的，樁體的內力也隨之改變，因而設計沒有考慮變形相容和位移協調關系。
5、實例
5.1工程地質及支護方案的選擇
奧體中心站—元通站區間隧道位于南京市城西新區，兩端起止里程為XK0+611.664～XK2+084.9，線路長度：1473.236m，基坑深度8～12m.地勢基本平坦，場地地貌屬長江漫灘，設計基底加固為深攪樁加固，采用明挖法施工，圍護樁樁長15.6～19.6m，其中鉆孔樁樁徑800mm，深攪樁樁徑650mm，樁間距1050mm，相互咬合200mm，鉆孔灌注樁采用C25鋼筋砼樁，攪拌樁采用四攪兩噴法，水泥為425#，水泥摻量為16%，水灰比為0.45～0.5.區間范圍內自上向下土層構成分別為人工填土、淤泥質填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉土、粉砂。基底所處的多為淤泥質粉質粘土層，隧道結構部分也坐落在該土層中，該土層地質性質表現為“三高一低”，即高靈敏度、高壓縮性、高含水量、低強度等，有高壓縮性的特點，局部有輕微震動液化土層。地下水豐富，影響工程的主要為淺層潛水，主要由氣降水和地表水補給，水位埋深約0.6～1.5m，且土層滲透性差。
鉆孔咬合樁強度及剛度均較，比地下連續墻造價低，鉆孔咬合樁與普通鉆孔灌注樁相比，具有施工噪音低、無泥漿污染、造價低、整體性和止水效果好等優點，因此選用該圍護結構。但鉆孔咬合樁對施工精度、工藝和混凝土配合比均有嚴格要求，否則樁體無法形成充分咬合，不易保證止水而引起基坑失穩等安全事故。
根據近年來本地區的深基坑施工的成功經驗，采用以下的施工方案：
（1）采用“時空效應法”指導基坑施工。“時空效應法”的主要施工特點是：根據基坑規模、幾何尺寸、圍護墻體及支撐結構體系的布置、基坑地基加固和施工條件，按照“分層、分段、對稱、平衡、限時”的原則來確定施工方案。
（2）采用動態動態設計和信息化施工，可根據現場情況和變形數據及時調整方案，因而安全可靠。
（3）施工機具簡單、施工靈活、污染小、噪音低、不擾民。
（4）支護與土方開挖同步進行，邊挖邊撐，保證基坑安全。
由于基底所處的多為淤泥質粉質粘土層，隧道結構部分也坐落在該土層中，該土層工程性質表現為高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低強度等特性，局部有輕微震動液化土層，部分土體為流塑狀態，土體穩定性差、地下水豐富。基坑開挖前進行必要的基坑土體加固，對基坑外7.5m，基坑內地下水位降至基底以下3m，用真空管井降水法提前20d左右降水加固土體。基坑開挖與支撐施工要點是：“沿縱向按限定長度的開挖段逐段開挖；在每個開挖段中分層、分小段開挖，隨挖隨撐，按規定施加支撐預應力，做好基坑排水，減少基坑暴露時間”。在基坑開挖中，沿縱向的分段坑底長度L≤24m，而在每開挖段每開挖層中，又分成8m長一小段，挖好一小段，即直接在圍護結構的規定位置撐2根支撐。開挖某一層（約2.5～3.5m厚）的小段（約8m長）的土方，要在16h內完成，即要求在8h內安設2根支撐并施加預應力。開挖到基底，經檢查處理后，應及時進行封底墊層及其后續工序施工。施工中要做好基坑上下的排水，一是防止地表侵入支護結構周圍的土體，二是確保基坑底部排水通暢，防止底部積水浸泡樁根土體。
5.2支撐及土方施工流程
施工準備→基坑降排水施工→第一層土體開挖→撐第一道支撐→第二層土體開挖→撐第二道支撐→第三層土體開挖→第二道支撐→基底處理→轉入下一循環施工。
5.3圍護樁的監控與措施
為確保工程及附近建筑物的安全，及時根據監測信息反饋指導施工，在施工中要自始自終進行支護變形的監測和地面裂縫的觀察，施工監測的內容為坑邊、坑壁及鄰近建筑的水平、垂直位移、坑邊深層土體側向位移和坑底隆起等，施工中根據各項指標的實測值與警戒值
值比較結果采取不同的措施；監測頻率每天2次，完成基坑開挖與變形穩定后，可適當減少監測次數，施工監測持續至地鐵主體結構頂板澆筑完畢及土方回填完為止。
信息化管理的措施為：
（1）嚴格控制樁墻變形，如變形超出允許范圍，應暫停施工，在相應的位置加密支撐，或者在基坑外挖土卸載，阻止變形的增，對地面裂縫應及時加以封閉，防治雨水滲入；
（2）對蠕變的淤泥質土，開挖難以直立時，應增放坡的坡度，減小開挖深度；
（3）對部分開挖深度較的地段，應減小開挖長度，加強降水，及時澆筑墊層和結構底板，防止基底隆起；
（4）控制每層土體開挖深度，不得超挖，土體開挖后，及時進行支護，盡量減少基底暴露時間。
6、結束語
地鐵深基坑開挖引起的環境效應是一個復雜的動態系統，土的特性決定了基坑降水、開挖施工過程中坑內、外土體必定發生變形，但是其變形小和規律受多種不確定因素影響，因此采用“時空效應法”并根據施工過程中的監測信息反饋不斷修正設計和調整施工方法是比較值得推廣的一種方法。而僅靠理論分析和經驗估計是難以保證工程安全施工的，如何對深基坑開挖引起的環境效應作出一個定量的分析，有待設計及施工人員不斷地探索。
（巖土）
