在软土地区采用明挖法施工的基坑工程中，由于地层条件的复杂，基坑开挖往往产生较大的变形，不仅会影响基坑围护结构自身的安全稳定，也会造成基坑周边地表变形，具有较大的安全隐患。基坑围护结构的变形量是判断基坑是否安全的重要指标之一，因此，研究各施工工序对基坑围护结构变形的影响及明挖法基坑开挖引起地表变形一般规律尤为重要。本节通过对三号线某深厚软土车站基坑开挖全过程监测和理论模型分析，总结出软土地区车站基坑明挖过程中围护结构变形的一般规律和变形的主要因素。

一、工程概况

该车站基坑场地地貌属海陆交互相冲洪积平原地带，地形平坦。地面高程为3.6～4.2 m，周边现状为农田、水塘和一条小河涌，周边无建构筑物且无管线。基坑标准段宽度为19.7 m，深度约为16.13 m，车站北端扩大段基坑宽度为24.2 m，基坑深度为18.27 m；车站基坑南端扩大端宽度24.2 m，深度为17.68 m。车站采用明挖顺做法施工。基坑围护结构采用厚800 mm连续墙+内支撑，基坑竖向设置三道支撑，第一、二道为钢筋砼支撑，第三道为钢支撑。图7.1为基坑平面图。

基坑开挖范围内所处地层主要为淤泥质土，分别为淤泥质土＜2-1B＞、淤泥质粉细砂＜2-2＞、粉砂细砂＜2-2-1＞，占总体的93.31%，为典型软土场地。场地范围内各土层情况见表7.1，典型地质剖面图见图7.2。

表7.1　地层统计表

图7.1　基坑平面图

图7.2　车站地质情况纵断面图

本车站地貌上属于海陆交互相冲洪积平原地貌，所揭露第四系地层为人工填土层，海陆交互相沉积层及冲积—洪积砂层，基岩为白垩系沉积碎屑岩，地下水位的变化受地形地貌和地下水补给来源等因素控制，地下水位埋深较浅。每年4—10月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，水位年变化幅度为2.5～3.0 m。

地下水水位埋藏变化较小，主要为第四系松散孔隙水，地下水位普遍较浅，实测钻孔静止水位埋深为-0.10～3.40 m，平均埋深为0.84 m。

二、监测方案简介

（一）围护结构深层水平位移监测点的布设

1.布设原则

根据规范文件的要求围护结构水平位移监测点布点原则为：① 沿基坑长边围护结构每30 m布设1个测孔，短边中点各布设1个测孔；② 基坑危险部位（基坑截面发生变化的阴角阳角位置）；③ 测孔深度与围护结构同深，同一孔测点间距0.5 m。

2.测点埋设及技术要求

测斜管埋设位置如图7.3，本项目测斜管埋设采用绑扎埋设，测斜管通过直接绑扎或设置抱箍将其固定在桩（墙）体墙钢筋笼上，钢筋笼入槽（孔）后，浇筑混凝土。测斜管与支护结构的钢筋笼绑扎埋设，绑扎间距不宜大于1.5 m，测斜管与钢筋笼的固定必须十分稳定，以防浇筑混凝土时，测斜管与钢筋笼相脱落。同时必须注意测斜管的纵向扭转，很小的扭转角度就可能使测斜仪探头被导槽卡住；埋设就位的测斜管必须保证有一对凹槽与基坑边缘垂直。

图7.3　支护桩（墙）体水平位移监测点

1—测斜管保护盖；2—钢套管；3—测斜管；4—支护桩（墙）体； 5—测斜管底封堵端；6—基坑底部；7—支撑；8—地面。

支护结构测斜管埋设与安装应遵守下列原则：

（1）管底宜与钢筋笼底部持平或略低于钢筋笼底部，顶部达到地面（或导墙顶）。

（2）测斜管与支护结构的钢筋笼绑扎埋设，绑扎间距不宜大于1.5 m。

（3）测斜管的上下管间应对接良好，无缝隙，接头处牢固固定、密封。

（4）管绑扎时应调正方向，使管内一对测槽垂直于测量面（即平行于位移方向）。

（5）封好底部和顶部，保持测斜管的干净、通畅和平直。

（6）做好清晰的标示和可靠的保护措施。

（二）地表沉降监测点的布设

为保护测点不受碾压影响，道路及沉降测点标志采用窖井测点形式，采用人工开挖或钻具成孔的方式进行埋设。道路、地面测点埋设形式如图7.4。道路、地面沉降监测测点应埋设平整，防止由于高低不平影响人员及车辆通行，同时，测点埋设稳固，做好清晰标记，方便保存。

图7.4　地表沉降监测点埋设实样图

三、监测数据分析

（一）基坑开挖阶段的划分及监测典型断面的选取

选取有代表性并且累计变形较大的监测断面ZQT-02、ZQT-31，见图7.5，并选取相对应的最大累计监测点进行分析。

图7.5　典型监测断面的平面图

基坑开挖施工阶段划分及典型监测断面的监测数据按照相应施工阶段的整理划分，见表7.2、图7.6所示。

表7.2　基坑开挖施工阶段划分表

图7.6　典型监测断面的监测数据

（二）围护结构墙体水平位移监测数据分析

（1）土方开挖是围护结构变形主要影响因素，占据了42%～62%。

基坑开始土方开挖后，围护结构墙体便开始受力变形。基坑内侧卸去原有的土压力，在基坑围护结构外侧则受到主动土压力；由于总是开挖在前，支撑在后，所以在安装支撑以前总是已发生一定的先期变形，土方开挖造成的变形量为总变形量的 42%～62%，可以看出土方开挖是变形主要影响因素；另外基坑开挖期间的周边荷载特别是土方车的动载在一定程度上增加了墙后的土体压力，加大了变形量。监测数据显示，土方开挖后基坑围护结构内外土压力重新稳定平衡至少需要3天时间。

另外，根据监测数据统计分析显示由于软土地层的土体具有流变性，基坑开挖施工除了围护结构内外侧土压力不平衡造成的变形以外，还有施工扰动引起的周边地层移动产生的变形。(www.daowen.com)

（2）内支撑施工时间的及时性对变形控制有一定的影响，占据了变形量5%～13%。

车站基坑第一、二道支撑为混凝土支撑，第三道支撑为钢管支撑。支撑施工的及时性、钢支撑的预应力是否能达到设计要求等因素对变形的发展控制有一定的影响。

（3）基坑土方开挖过程中停工导致基坑暴露造成的变形占据了10%～14%。

基坑土方开挖过程中，即使架设支撑后并且基坑内外侧土压力基本重新达到平稳状态，只要基坑底部没有封闭，围护结构深层水平位移的变形仍在缓慢发展。

（4）牛腿、地梁施工变形占据17%～28%。

当基坑开挖至设计标高后，因设计需要施工牛腿，且牛腿结构施工的位置在连续墙结构的内侧，底板不能及时封闭，造成基坑较长时间的暴露；其次，地梁开挖施工加深了开挖深度，致使变形进一步增加（监测数据显示不少于5 mm）。

（三）断面地表沉降点数据分析

选取该基坑围护结构最大累计变形点ZQT-02，ZQT-31所对应的地表点DBC14-06、DBC15-06作为研究对象，地表沉降监测点DBC14-06和ZQT-31为同一断面，DBC15-06和ZQT-02为同一断面，距离基坑边约13 m。

监测结果显示在工序1即第一层土方开挖，工序6即第四层土方开挖，工序7即牛腿、地梁施工，工序8即底板浇筑完成，两地表点沉降较大均达到25 mm左右，其中工序7在施工时DBC14-06沉降值达到28.73 mm。由此可见，引起基坑周边地表沉降的主要因素主要来自土方开挖。另外，在第四层土方开挖后进行牛腿和地梁的施工，加大了基坑开挖深度，延长了开挖面的暴露时间，致使在基坑施工牛腿和地梁时地表沉降值最大达到了28.73 mm，超出设计控制值。该车站基坑在各道工序下地表沉降的具体数值见图7.7。

图7.7　各施工阶段下地表沉降

关于地表沉降变形数据分析：

（1）因为本区域地质条件为深厚的软土层，浅层土体是农田及鱼塘回填土，回填土密实度不够，加上施工现场土方车等重型施工的碾压，导致在开挖第二层土方时基坑周边的地表就产生较大变形。由于软土区域的深基坑不仅在施工阶段因地层损失引起基坑周边地层移动，而且由于地层移动使基坑周围土体受到扰动，因此施工的后期即使在基坑底板结构封闭后，地表沉降变化量的速率仍然比较大。

（2）在基坑土方开挖时周边地表会出现沉降量增大的现象，且沉降变化量随开挖面暴露时间、周边荷载呈现正相关关系，但是当支撑架设完成和底板浇筑完成后，地表沉降能得到有效控制，地表沉降量回落到正常值以内。

（3）通过对地表点的监测数据和基坑围护墙体的变形数据分析发现，沉降量较大的地表点大部分在围护结构变形量较大的测斜监测点的同一断面上，说明随着土方的开挖，基坑外主动土压力大于坑内土体的被动土压力，土压力作用在围护结构上使之开始产生不同程度的变形，且围护结构的变形量越大，相应周边地表点的沉降量越大，二者呈正相关的关系。对比基坑不同围护结构横截面的地表点发现，同一横截面地表点的沉降量呈现“弓”形，最大地表沉降点位于基坑边缘0.5H～0.7H处。

四、围护结构变形理论计算与监测数据对比分析

（一）基坑围护结构累计变形量范围统计

本车站基坑共布设32根测斜管，在所有底板浇完后仅有ZQT-15、ZQT-16两处测点未超出设计控制值40 mm（原设计控制值为29.9 mm，后经过监测预警分析会调整为40 mm），典型监测断面ZQT-02、ZQT31在底板结构完成后变形量达到80～100 mm。围护结构墙体深层水平位移监测点变形区域值统计具体见图7.8。

图7.8　围护结构深层水平位移变形区域统计图

（二）车站围护结构变形理论计算

车站标准段围护结构变形量计算采用典型断面的土层，该断面土层主要有人工填土、淤泥质粉细砂、淤泥、微风化砂岩。围护结构整体稳定计算采用瑞典条分法，应力状态为总应力法，条分法中的土条宽度0.40 m。经计算围护结构在基坑底的嵌固深度在24.72 m，计算最大水平位移29.97 mm，最大弯矩标准值1 392.19 kN·m。支撑轴力计轴力（标准值）为：第一道N=2 725 kN，第二道N=5 108 kN，第三道N=4 201 kN。围护结构计算位移内力包络图见图7.9。计算结果表明，整体稳定安全系数Ks=1.484＞1.35，满足规范要求。最大水平位移29.97 mm＜0.2%H=33.16 mm（H为基坑开挖深度），且小于30 mm，围护桩变形满足规范要求。

（三）理论计算结果与监测数据对比分析

借助于理论计算与实际监测结果相结合的方法，可以对深基坑工程整体结构进行比较系统的分析。根据基坑围护结构变形理论计算与实际变形值差异分析，围护结构的最大侧向变形位置与土质情况、围护体刚度、支撑系统刚度、基坑开挖深度等因素有关，围护墙体厚度的选取和支撑的布置是关键。

在该基坑实例中，通过围护结构理论模型计算，墙体水平位移呈现“弓”形，围护墙最大水平位移位于围护结构顶部向下13～15 m处，最大水平位移29.97 mm。在实际监测过程中发现围护墙深层水平位移曲线趋势与理论模型一致，整体水平位移呈现“弓”字形，最大水平位移点发生在围护墙中部左右位置。

图7.9　围护结构计算位移内力包络图

根据现场实际监测数据，基坑开挖过程中围护墙体水平位移最大值远大于设计计算预设值。结合实际施工情况，初步判断出现实际情况与理论计算值出现较大区别的原因主要有以下几个方面：

（1）理论计算中的围护结构各项岩土参数与现实情况不符，尤其是软土的水平向反力系数的比例系数，也就是m值选取不合理；而m值的取值对围护结构的变形计算影响大，如果采用勘察报告里m值系数为4，而相关规范和经验的取值为1～1.5；两个取值分别计算出来围护结构变形量相差在1倍以上。

（2）基坑开挖施工过程中坑内降水没有按照相关的规范及方案执行，没有按照随挖随降，而是在开挖之前就“一降到底”，地下水的抽排没有达到设计效果，水土合算条件下主动土压力增大，从而无法准确地预估基坑施工的真实环境。按照目前的监测经验，软土区域的围护结构在土方开挖前仅降水就有接近20 mm的变形。

（3）设计方案中采取的软基三轴加固要达到0.8～1.2 MPa的强度。但在实施过程中三轴加固在淤泥质土中加固效果一般，往往达不到设计方案中的强度要求，也不能达到控制围护结构变形的目的。

五、深厚软土车站基坑施工重难点及措施建议

软土基坑施工难度大、风险高，造成的风险点和重难点有以下几点：

（1）开挖期间围护结构变形大、变形速率快，易造成围护结构变形大、底部踢脚，支护结构体系失稳。

（2）连续墙成槽施工时，一般情况下外放10 cm左右，但软土区域的围护结构变形往往大于10 cm，甚至超过20 cm，会造成后期结构施工时连续墙侵限。结构侵限的处理费时费力，并加大了施工风险。

（3）软土区域基坑开挖时，同时也会造成临近围护结构区域的地表发生较大沉降变形，如果附近有浅埋的压力管线，可能会造成管线不均匀沉降、泄露风险；有浅基础或者天然基础的建筑物，也会造成不均匀沉降、开裂、倾斜的风险。

（4）当基坑开挖后，坑底应力释放，土体回弹；中立柱及围护结构受向上的摩擦力影响产生上抬。并且设计阶段通过数值计算结构上抬的量比较困难，只能通过实施中的监测数据进行控制与调整。

为应对软土基坑施工风险，建议采取以下施工控制措施：

（1）由于施工顺序总是土方开挖在前支撑在后，如果在土方开挖后没有及时架设支撑导致开挖面暴露的时间过长，在支撑架设并且加载后围护墙体的变形已经接近完成，此时的围护墙的水平位移数值已经较大并且趋于稳定，就会使支撑的作用仅为阻止围护墙体的进一步变形，无法达到控制基坑围护结构变形的效果。施工单位应该合理安排工序，及时架设支撑，达到控制围护结构变形的目的。

（2）施工单位在基坑开挖前的坑内降水，要严格按照降水方案，随挖随降，杜绝一降到底；在基坑开挖前坑内降水的环节减少围护结构的变形量。

（3）基坑土方开挖时造成的围护结构变形和周边地表沉降占据了全部变形量的一半左右，开挖方式的选择，应遵循“沿规定的开挖次序逐段开挖；每个开挖段中分层分小段开挖、随挖随撑、及时施加预应力”，严禁进行大面积开挖。

（4）基坑开挖施工期间，严格控制基坑周边荷载的超载，控制临近基坑周边物资的堆放等。在土方车等重型施工机械频繁通过的地段应铺设走道板或者进行地基加固。

（5）基坑土方开挖过程中的停工以及达到设计标高后施工牛腿等造成的基坑长时间暴露占据了 30%～40%的变形量，建议后期在软土区域内的各基坑设计方案及施工方案应以缩短基坑暴露时间为原则，减小围护结构墙体及周边地表的变形。

（6）设计单位在总结以往的工程经验基础上，应合理选择设计参数。尤其是软土区域的基坑设计要对软土的水平反力系数的比例系数（m）值的取值更加合理，从而给出合理的围护结构变形设计控制值。

（7）基坑围护结构变形、地表沉降以及坑内基底隆起三项数据往往有密切的相关性，应在有条件的情况下增加坑底隆起的监测项目，更全面地分析基坑开挖施工期间的周围岩土体的变形情况。