软弱地层深大基坑富水特性及组合支护控制

陈平， 黄海涛， 安刚建， 周雄好， 罗支贵， 蔡虹， 袁正璞

(1. 中铁四局集团有限公司， 合肥 230012； 2. 安徽建筑大学，建筑结构与地下工程安徽省重点实验室， 合肥 230601；3. 安徽建筑大学土木工程学院， 合肥 230601； 4. 安徽皖投置业有限责任公司， 合肥 230601； 5. 中铁四局集团第四工程有限公司， 合肥 230012)

随着国家“一带一路”大环境的发展以及亚投行的建立，大规模基础工程建设正逐步展开[1-2]，特别是以高速铁路为代表的交通基础建设大量涌现，高铁站前的广场基坑工程也相应增加。近年来由基坑施工引发的工程安全和对周边环境的影响等问题日益突出,正确认识基坑工程地质情况，特别是地层分布及富水特性，以及施工过程中支护结构的位移、受力变化等规律，对基坑工程的安全建设有着重要的意义。

目前随着中国城市建设的迅猛发展，出现了两大类代表性的基坑工程，一是以市政交通领域为代表的地铁车站基坑，主要以狭长为特点，学者们针对其建设过程中遇到的各类问题进行了较为全面的研究。例如，石钰锋等[3]以深圳地铁5号线民治站基坑工程为依托，通过对基坑连续墙水平位移及内力的实测分析，系统研究了偏压基坑围护结构位移和内力特征。王建秀等[4]基于上海地铁9号线宜山路车站多点位移计高精度监测成果，分析了上海软土地区承压水减压诱发沉降存在的分层沉降和各分层沉降之和与地面沉降量值不等现象的成因。郑刚等[5]以天津地铁5号线某车站基坑工程为例，通过对预降水试验分析了基坑内外承压含水层的水力联系，以及提出了相应的控制对策。张思源等[6]基于常州地铁2号线怀德站基坑工程地下连续墙的设计，采用ABAQUS软件研究了不同接头型式作用下的地下连续墙接头位置的水平位移变化以及接头型式对地下连续墙、支护体系受力变形的影响规律。王新泉等[7]针对长江漫滩高承压水地基，以南京青奥轴线—梅子洲过江通道基坑为依托工程，开展了格栅地连墙和普通地连墙承载特性的现场试验研究。张飞等[8]针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况，设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验和数值试验，分析了不同开挖深度和水位条件下基坑抗隆起稳定性与破坏机制。李金奎等[9]通过以大连某地铁车站深基坑工程为依托，基于理论分析，结合数值计算，建立了被动区溶洞侧板最小安全厚度表达式。慕焕东[10]等以洛阳火车站地铁车站明挖基坑为研究背景，开展了不同比尺的模型试验，探讨了基坑开挖后基坑支护桩身位移变化规律并考虑了不同桩间距的影响。赵武胜等[11]通过编制DLOAD子程序实现主动区与被动区的判别和相应荷载的施加，得到了坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井围护体系的受力与变形特征。二是如中央商务区(central business district,CBD)、工业民用基础设施等其他市政建设用的基坑，以深、大为特点，由于近年来这类基坑建设环境日趋复杂，相应的研究也在增加。如吴昌将等[12]以上海软土地区两个典型类似的深大基坑为工程背景，通过现场实测数据分析了采用顺作法两墙合一地下连续墙基坑的变形性状以及对坑外建筑的影响规律。曾超峰等[13]结合工程实测资料和数值分析模型，分析了软土地基渗透性条件对基坑开挖前预降水过程中支护墙侧移的影响规律及机制。康志军等[14]基于工程实测数据和有限元数值模拟，系统研究了基坑围护结构最大侧移深度对邻近桩基础建筑物不均匀沉降和坑外深层土体位移场的影响规律。罗耀武等[15]结合上海世博500 kV变电站超深基坑工程，采用平面应变及轴对称弹性地基有限元模型分析了环形基坑空间效应、内衬墙以及水土压力模式对围护结构受力变形特性的影响规律。徐长节等[16]基于等值梁法，通过改进开挖较浅侧围护结构所受土压力模式，推导了能考虑两侧挖深不同的支撑式围护结构深度计算公式，探讨了基坑开挖的非对称程度对围护结构插入比的影响。尹盛斌[17]通过开展基坑开挖过程的有限元数值模拟，拟合得到了围护结构发生正向、反向转动及挠曲等三种基本变形模式条件下坑外地表沉降分布曲线。张钦喜等[18]分析了北京国贸三期深基坑开挖过程中桩锚支护的位移、护坡桩钢筋应力、锚杆拉力以及土钉拉力的变化规律，补充了北京地区深基坑开挖监测。陈昆等[19]结合现场监测和数值模拟，分析了深基坑开挖时卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律。木林隆等[20]针对考虑渗流情况下地下结构抗浮计算较为困难的问题，建立了考虑渗流条件下结构周边水头的简化修正公式，修正了渗流条件下静水浮力的计算。刘念武等[21-22]对连续墙不同位置处的墙身侧向位移、土体沉降、支撑轴力等进行了现场监测，研究了内支撑围护结构系统刚度较大条件下的变形特性以及空间效应。

上述研究成果表明基坑设计和施工时需综合分析基坑尺寸、安全等级、地质条件、主体结构、施工工艺、场地条件、周边环境、效益和工期等多种因素，已经成为一个系统性工程[23]。高铁站前广场基坑属于城市地下空间工程领域，同时具备了上述两类基坑的特点，不仅需要满足交通领域基坑建设等级高的要求，而且又兼具深大基坑建设的难点。总体来说，需要考虑以下两方面：①随着基坑平面尺寸和开挖深度的不断增加，单一支护已经难以满足基坑稳定需求，两种及以上组合支护的应用越来越多。特别是基坑周边环境相差较大时，可采用分区组合支护方案，发挥不同支护方式的优点。②针对富水和复合地层两者并存的情况，研究相对缺失，导致针对富水复合地层深基坑施工风险控制的对策较少。水泥土搅拌桩、地下连续墙、混合搅拌壁式地下连续墙(trench-cutting & re-mixing deep wall,TRD)等围护结构满足高水位地区深基坑工程地下水控制的需要，可以有效截断承压水层与深基坑的水力联系，但是对于高水位的软弱岩层中采用常规的水泥土搅拌桩截水帷幕施工存在困难，因此需要根据具体工程，选择合适的围护结构应用于富水地层。

在上述研究的基础上，以淮安东站站前广场基坑为工程背景，开展现场含水层抽水试验，明确地层富水特性以及水力联系，设计基坑支护以及开挖方案，开展基坑控制效果监测分析。现补充两部分内容：①苏北地区含水层富水特性及其水力联系；②同一工程中地连墙与TRD组合支护下控制效果的差异，以期为类似工程提供参考。

1 工程背景

1.1 工程总体概况

淮安东站站前广场位于在建连(云港)镇(江)铁路东侧，基坑工程结构净尺寸长225 m×宽256 m，地下三层框架结构+桩基础，其中负一层为社会停车场、出租车蓄车场及公交车站，设计高度6.0 m，负二层及负三层均为社会车场，设计高度4.2 m；设计使用年限为50年，本工程设计结构安全等级为一级，基坑安全等级为一级。

如图1所示，站前广场基坑与预留地铁车站基坑间净距为22.5 m，车站基坑开挖深度约23 m，端头井开挖深度为25.07 m，考虑工期及施工安全问题，地铁车站主体结构分为盾构接收井及标准车站两部分进行施工，站前广场基坑开挖与地铁车站接收井基坑开挖及标准段基坑围护结构同期施工，待站前广场底板施工完成后，再进行标准车站基坑开挖及主体结构施工。

图1 基坑布置简图Fig.1 Layout of foundation pit

本基坑支护周长约1 005 m，围护结构东侧和北侧采用地连墙，每幅墙体长6 m、深50 m，接头位置均采用H型钢接头+高压旋喷桩；西侧和南侧采用TRD工法墙+围护桩，TRD墙体长425.6 m，深50 m，围护桩采用Φ1 150 mm钻孔灌注桩施工，共282根。基坑开挖面积约5.9万m2，开挖深度15.9 m，局部开挖深度18.9 m，地面覆土1.5 m。

1.2 工程地质及水文概况

勘察结果显示本工程土体为全新统冲积和上更新统冲湖积沉积物，主要划分为3个工程地质层和12个工程地质亚层，其中①～②层为全新统沉积物，③层为上更新统沉积物，与本工程相关的地层分布如下。

①1杂填土：色杂，压实，由粉土、石灰、石子和建筑垃圾组成，局部为混凝土地面，土质不均匀。仅地下车站分布，2016年回填，厚1.0～1.6 m。

①2素填土：灰黄色，松散，主要由砂质粉土组成，含植物根茎，以耕田土为主，土质不均匀，层厚0.4～1.9 m。

②1砂质粉土：灰黄色，下部灰色，湿，稍密，局部中密，摇震反应迅速，含云母碎片，局部夹粉质黏土，层厚3.6～5.9 m。

②2黏土：灰色，可塑，土质较均匀，含铁锰质结核，有光泽，层厚0.8～3.2 m。

②3淤泥质黏土：灰色，流塑，局部软塑，土质较均匀，有光泽，局部含腐殖质，局部为黏土，层厚2.05～5.1 m。

②4粉质黏土：灰黄色，局部灰色，可塑，局部硬塑，土质较均匀，含铁锰质结核，局部夹砂质粉土或粉砂，层厚2.0～4.6 m。

③1砂质粉土：灰色，局部灰黄色，饱和，中密，土质较均匀，矿物成分主要由石英、长石组成，含云母碎片，层厚1.2～10.3 m。

③2粉质黏土夹砂质粉土：灰黄色，可塑，土质不均匀，夹稍密状砂质粉土，层厚4.5～9.3 m。

③3砂质粉土：灰黄色，湿，中密～密实，土质较均匀，摇震反应迅速，局部夹粉质黏土，层厚7.7～10.4 m。

③4粉砂：灰黄色，饱和，密实，土质较均匀，颗粒级配一般，矿物成分主要由石英、长石组成，含云母碎片，局部为细砂，层厚5.2～35 m。

表1为主要地层物理力学参数测试结果。

表1 主要地层物理力学参数Table 1 Main formation physical and mechanical parameters

淮安市境内河湖交错，水网纵横，京杭运河、淮沭新河、苏北灌溉总渠、淮河入江水道、淮河入海水道、废黄河、六塘河、盐河、淮河干流等9条河流在境内纵贯横穿，全国五大淡水湖之一的洪泽湖大部分位于该市境内，以及白马湖、高邮湖、宝应湖等中小型湖泊镶嵌其间。

本次勘察揭露对本基坑工程有影响的地下水主要为潜水和承压水，具体如下。

(1)潜水：主要埋藏于②1层砂质粉土中，随降水面变化。水位随季节反应敏感、变化大，年水位变化幅度2.5 m左右；补给来源主要为大气降水、地表水入渗，径流以侧向为主，排泄主要为垂向蒸发和局部人工开采。实测初见水位埋深1.65～3.20 m(平均值2.05 m)，标高6.60～6.27 m(平均值6.17 m)；稳定水位埋深1.90～3.40 m(平均值2.23 m)，标高5.81～6.07 m(平均值5.98 m)。

(2)承压水：勘探揭示对本工程有影响的承压水为淮安地区第Ⅰ层承压水。主要埋藏于③3层砂质粉土、③1和③4层粉砂中，主要接受侧向径流补给，径流以侧向为主，排泄方式以径流为主。埋深为地面下5.0 m左右，标高3.0 m左右。

1.3 工程重难点分析

1.3.1 工期紧、任务重、交叉作业多

项目包含地铁工程、站前广场地下工程、匝道及市政道路工程，工期16个月，工期紧张。站前广场与匝道落客平台存在交叉作业，工作面重叠。站前广场作为本项目控制性工程，作业面集中，施工体量大。

1.3.2 基坑开挖面积大、安全风险控制难度高

站前广场基坑最深约18.9 m、长252 m、宽230 m，土方近100万m3、开挖工程量大，环境保护等级高，需合理组织土方开挖各工序转换，安全风险大，基坑变形控制要求严格，是本工程的重点。

1.3.3 基坑环撑拆除方量大

基坑共设置两道混凝土环撑，共计26 000 m3，拆除方量大，主结构楼板较薄，设计允许施工荷载不大于3 kN/m2，大型机械作业条件受限，直接影响主体施工进度，为本工程难点。

1.3.4 地下水丰富，防水要求高

本工程地下水丰富，且围护结构深度较大，因此，一是要做好围护结构施工缝防水，二是要做好工程防排水，同时加强施工过程中的水位监测。

2 含水层抽水试验及防排水设计

为明确本工程地层富水特性，以及为基坑防排水设计提供依据，于2018年2月10日18：03—2月13日23：30开展了抽水试验。

2.1 抽水试验方案

本次试验布设一个抽水主孔、两个同层观测孔和一个潜水观测孔，主要针对砂层承压水进行抽水试验，各孔主要参数见表2。

表2 抽水孔、观测孔主要参数Table 2 Main parameters of pumping hole and observation hole

共进行三个落程的抽水试验，各次降深分别为3.84、8.02、12.40 m，出水量分别为347.54、591.36和899.04 m3/d。具体观测方案如下。

抽水井水位观测：正式抽水试验开始后第0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120 min各观测一次，以后每隔30 min观测一次(当水位稳定后，延长至1 h观测1次)，直到水位稳定。

观测井水位观测：正式抽水试验开始后第1、3、5、7、10、15、20、30、40、50、60分钟各观测一次，以后每隔30 min观测一次。

恢复水位观测：抽水井在停抽后第0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟各测一次，以后每30 min测量一次，直到水位稳定；观测井为停抽后第1、3、5、7、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟各测一次，以后每隔30 min观测一次，直至恢复。

2.2 抽水试验结果

抽水试验各观测井降深见表3。

表3 抽水试验各观测井降深情况表Table 3 Drawdown of each observation well in pumping test

在上述统计的基础上，采用了多种计算方法对场地承压含水层进行了水文地质参数获取，主要结果见表4。

对比分析可知：

(1)采用承压水稳定流计算渗透系数k存在差异，原因是试验段深度、所在地层的颗粒组成的差异。粉细砂地层间夹有大量黏性土，局部互层或呈千层饼状；主井、观测井均采用的是完整井抽水试验，主要针对③4粉砂层进行试验，该层层厚变化较大，同时该层局部夹粉质黏土透镜体，因此，计算得到的参数存在较大的差异。

(2)含水层渗透性主要取决于土的岩性、粒径及结构，影响计算因素较多，如井壁、井周三维流的程度、紊流区存在与否、含水层厚度的有效利用度、抽水时间相关的影响半径、顶底板的隔水性、天然水力坡度及边界补给条件等，采用多种方法进行比对分析，可最大程度避免上述影响。

(3)结合勘察资料，试验场地目标承压含水层具有多层结构，粉砂夹数层粉质黏土，局部互层或千层饼状，本层夹粉质黏土薄层在空间分布存在差异，造成不同地段渗透性不均。

2.3 含水层与潜水关系

由于试验场地承压水含水层(③4粉砂)与潜水含水层(②1砂质粉土)之间存在隔水层(②2黏土、②3淤泥质黏土与砂质粉土互层)，为了解潜水和承压水之间的水力联系，本次试验在承压水抽水主井和第一个目标含水层观测井之间布置了一口潜水观测井观测水位。根据本次抽水试验静止水位观测，潜水静水位标高+6.60～+6.80 m(平均值+6.70 m)，第Ⅰ承压含水层静水位标高+3.73～+3.75 m。潜水静水位标高远大于第Ⅰ承压含水层静水位标高，说明潜水和承压水之间有稳定的隔水层。抽水试验时，潜水水位基本维持稳定，说明潜水和承压水之间的较厚隔水层为弱透水层，潜水和承压水之间没有明显的水力联系，试验期间反映了潜水没有明显的补给第Ⅰ承压水。

2.4 工程防排水设计

根据地质勘察和抽水试验结果，分析地下水对基坑施工可能产生的不良影响主要为流砂、管涌，据此，结合工程场地尺寸等因素设计了如下防排水措施。

(1)基坑外防排水：四周便道外侧设置断面尺寸为30 cm×40 cm的排水沟，与市政排水管道相连，每30 m设一处集水井进行挡水。围护桩桩间泄水孔间距为2～3 m，梅花型布置；基坑四周加设30 cm踢脚，减少雨水进坑。

(2)基坑内防排水：以井点降水为主，辅以侧沟疏干明排；坡顶、坡脚设明沟排水。降水在基坑开挖前20 d进行，做到能及时降低地下水位，开挖后及时设置坑内排水沟和集水井，配备潜水泵及时排除集水井里的集水，防止坑底积水。

表4 推荐水文地质参数表Table 4 Recommended hydrogeological parameters

3 工程支护和开挖设计

3.1 工程支护及内支撑设计

2008年11月15日杭州地铁湘湖站基坑坍塌，在后续调查原因、吸取教训时，认为若第一道采用混凝土支撑，引起的破坏可能会小一些[24]。在综合考虑上述事故经验教训和本工程具体实际的基础上，设计了如图2所示的基坑支护设计简图。

3.1.1 围护结构一：地下连续墙+三轴搅拌桩

为防止地下连续墙成槽塌孔，首先在地下连续墙两侧设置Φ850 mm×1 800 mm的三轴搅拌桩，共计905幅，其中桩长迎土面为20 m，迎基坑面为18 m，按跳槽式双孔复搅式连接施工。三轴搅拌桩28 d龄期无侧限抗压强度大于等于1.0 MPa，渗透系数小于等于10-6cm/s，水泥掺量20%，水灰比1.5。槽壁加固施工完成达到强度要求后进行地连墙施工。

地连墙采用800、1 000 mm两种类型，墙长分别为44.2、45.2、47.2、48.2、49.2 m，钢筋笼整幅制作，幅宽最大为6.2 m，长度为49.2 m，均采用H型钢接头，每相邻两幅地连墙接缝位置均设置2根桩径1 000 mm高压旋喷桩，搭接长度500 mm，确保接缝位置止水效果，水泥浆水灰比为0.8∶1～1.5∶1，喷浆压力为28～30 MPa。

3.1.2 围护结构二：TRD工法墙+围护桩

采用“先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌”3循环方法施工等厚度水泥土搅拌墙，TRD工法墙总长度为425.6 m，厚度0.8 m，钻孔深度50 m，墙顶标高8.5 m。墙体内侧设置直径800 mm、长度30.8 m的钻孔灌注桩作为围护结构，桩基采用C40水下混凝土浇筑。施工顺序为：西侧→东侧→南侧，完成后再施工墙内侧围护结构桩基。

3.1.3 内支撑结构：混凝土环撑+格构柱

设置了2道混凝土撑，间距为5.9 m，沿基坑围护呈环形布置。地连墙施工完成达到设计强度后即可施工冠梁和第一道混凝土支撑；土方开挖至第二层混凝土支撑下方5 cm，施工第二道。第一道支撑位于原地面以下约1 m，截面尺寸为2.6 m×1 m；第二道位于原地面以下约8 m，截面尺寸为2.9 m×1.5 m，圈梁及混凝土撑均为C40混凝土，圈梁截面尺寸为1 000 mm×1 300 mm/1 600 mm×2 600 mm，混凝土支撑截面尺寸为700 mm×900 mm、800 mm×1 000 mm。

基坑下部共设置484根格构柱，主要包括上部钢立柱和下部采用水下C35的钢筋混凝土钻孔灌注桩基础两部分，单个最重为8 t，高度为17 m。根据长度及截面尺寸分为8种型号，其中截面550 mm×550 mm格构柱桩径为1 m，采用Q345bL20型角钢+Q235b型钢缀板，主要用于栈桥及环形圈梁范围；截面440 mm×440 mm格构柱桩径为0.8 m，采用Q345bL180/ Q345bL160型角钢+Q235b型钢缀板，主要用于连系梁及角撑范围。

图2 基坑支护设计Fig.2 Support design of foundation pit

3.2 工程开挖设计

由于基坑设置2道环形支撑，故将基坑土方纵向划分为3层开挖，严格遵循“分段、分层、限时”和“随挖随撑、限时支撑、严禁超挖、先中后边”的原则，软土区域每次开挖深度不得大于1 m，阶梯平台宽度不小于20 m，坡度1∶3.0；其他区域每次开挖深度不得大于2 m，阶梯平台宽度不小于15 m，坡度1∶2.0。开挖设计如图3所示。具体如下：

图3 基坑开挖设计Fig.3 Excavation design of foundation pit

(1)第1层土方：中心岛式开挖。先开挖环撑区域，对称开挖，然后开挖中心岛域。西侧、南侧第一段栈桥斜坡道与环形支撑同时开挖施工，土方通过基坑西侧、南侧出土口运送至基坑外。第一层环撑区域开挖面积38 118 m2，中心岛开挖面积20 207 m2，开挖标高至+7.2 m(绝对高程)，开挖深度1.3 m。完成后，施作第一道混凝土支撑。

(2)第2层土方：盆式开挖。开挖前，先在基坑西侧和南侧出土口平台各修筑一条栈桥进入基坑，并在基坑+0.3 m处设置水平取土平台，作为基坑深部土方的出土通道，然后进行第二段斜坡道与环撑区域内土方开挖，土方由中心及四周退挖。开挖标高至-0.1 m(绝对高程)，待第一道环撑达到设计强度后，开挖其下方土方，施做第二道混凝土支撑。

(3)第3层土方：盆式开挖。开挖前，利用第二段栈桥斜坡道作为取土通道，环撑区域内与栈桥水平取土平台同时开挖施工；由于主体结构施工设置25道后浇带，故将底部横向分为25个区域开挖，并向栈桥平台处退挖，栈桥平台下土方最后施工。

4 工程监测及分析

4.1 监测方案设计

为了较为全面地监测对比两种支护方案下基坑稳定性变化，设计了如图4所示的监测方案。其中，深层水平位移共计7个，地连墙侧编号分别为CX11～CX13，TRD墙侧分别为CX21～CX23，连接处为CX0；地表沉降测线共计4条，每条5个测点，沿基坑向外间隔距离依次为3、9、9、12、10 m，地连墙侧编号分别为DB1-11～ DB1-15、DB1-21～ DB1-25，TRD墙侧分别为DB2-11～ DB1-15、DB2-21～ DB1-25；桩顶沉降共计9个，连墙侧编号分别为SP11～SP15，TRD墙侧分别为SP21～SP24；第1道混凝土撑轴力测点近连墙侧编号分别为ZC1-11～ZC1-13，近TRD墙侧分别为ZC1-21～ZC1-23，第2道混凝土撑测点编号依次为ZC2-11～ZC2-13、ZC2-21～ZC2-23；立柱隆沉测点对应基坑开挖分区。

4.2 深层水平位移

图5、图6为基坑深层水平位移变化曲线，其中，正值为向基坑内变形，负值为向基坑外变形。对比分析可知：

(1)从位移变化最大值看，两种支护方案连接处深层水平位移最大，监测91 d之后在4～15 m深度范围内超出报警值(30 mm)，最大为38.8 mm，需要加强重点防控；地连墙和TRD墙围护范围内位移变化均小于报警值，最大值分别为20、28.2 mm，围护效果良好。

图4 基坑监测测点分布Fig.4 Distribution of monitoring points for foundation pit

图5 测点CX0深层水平位移Fig.5 Deep horizontal displacement of measuring point CX0

(2)从位移曲线形态看，富水软弱地层条件下，只有连接处位移与常规软土地层呈现的两头小中间大的“鼓胀”形一致，同一围护水平位移的变化规律一致，地连墙侧位移分布近似均匀，TRD墙侧呈现上、中部大，下部小的“刀把”形，分界处约测深的2/3。

(3)从两种支护方案效果看，地连墙侧测点位移最大值不超过20 mm，TRD墙侧测点位移最大值均超出23 mm，地连墙侧水平位移整体小于TRD墙侧，说明地连墙围护整体刚度较大，控制效果较好。

(4)从不同开挖阶段看，开挖初期位移向基坑外侧变形，随着开挖的进行逐渐向基坑内侧转移，最大水平位移所在深度也整体下移，位移随开挖深度的增加逐渐增大，最后趋于稳定状态。各阶段引起的位移变化比重各不相同，以第二层开挖期间为例，地连墙侧位移变化占比为1/2～4/5，TRD墙侧为1/3～1/2，连接处约1/4。

4.3 桩顶隆沉

图7为基坑桩顶隆沉变化曲线。其中，正值为隆起，负值为下沉。对比分析可知：

(1)桩顶的隆沉总体而言随基坑施工呈现增大的趋势，具有明显的三阶段变化特征：①缓慢波动阶段，即浅部土层开挖期间，土体卸荷对桩顶隆沉影响较小，在-3～3 mm范围内变化；②剧烈波动阶段，即第2道支撑施作完成至第二层开挖结束，土体开挖卸荷程度加剧，桩顶隆沉在-7.5～2.5 mm范围内变化；③恢复调整阶段，即第二层开挖完成以后，基坑整个支撑体系受力逐渐趋于稳定，除测点SP13外，其余测点变化恢复到-5～1 mm范围内。

(2)支护方案对桩顶隆沉的影响差异较小，地连墙侧测点绝对平均值为0.68 mm，TRD墙侧为1.26 mm。不同位置的桩顶隆沉差异较大，主要分为两种情况：一是基坑转角及其附近区域隆沉量较大，如测点SP11、SP13、SP14、SP22、SP24分别达到-2.38、5.98、5.11、-3.81、-3.01 mm；二是常规区段及其附近区域隆沉量较小，测点SP12、SP21、SP23分别为-0.21、0.71、1.06 mm。

4.4 基坑周边地表沉降

图8为基坑周边地表沉降变化曲线。其中，正值为隆起，负值为下沉，报警值为30 mm。对比分析可知。

图6 不同支护方案下深层水平位移Fig.6 Deep horizontal displacement under different support schemes

(1)基坑周边整体以沉降为主，部分地段存在隆起现象。如地连墙侧地表位移在基坑施工阶段存在隆起现象，特别是接近连接处的DB1-2测线，开挖结束后在远离基坑30 m外仍存在4 mm以内的隆起量。整体上地连墙侧地表沉降控制效果优于TRD墙侧。

(2)各测点沉降随基坑开挖呈现起伏波动的跳跃变化，均远小于报警值，地连墙侧地表下沉小于TRD墙侧。两种支护方案的最大沉降均发生在离基坑12 m左右，但是地连墙侧沉降无明显规律，测点DB1-12达到-3.5 mm，与测线上外延的测点沉降值差距较小，呈现出整体均匀沉降特性，测点DB1-22为-3.43 mm，但是同条测线测点DB1-24为3.67 mm，呈现出地表下沉与隆起共存的特性；TRD墙侧沉降规律一致，测点DB2-12、DB2-22分别达到-9.34、-8.21 mm，且远大于同条测线上其他测点。

图7 不同支护方案下桩顶沉降Fig.7 Pile top settlement under different support schemes

图8 不同支护方案下地表沉降Fig.8 Surface settlement under different support schemes

4.5 混凝土支撑轴力

图9为基坑混凝土撑轴力变化曲线，第1、2道支撑设计值分别为23 000、63 000 kN，报警值为设计值的70%。对比分析可知：

(1)轴力随着基坑的开挖快速增加，前期增加幅度大，后期增幅变缓，整体呈现较为明显的跳跃式上升特点，主要与基坑开挖深度、地层变化以及气温变化等因素有关[25]。第1道支撑轴力在基坑施工期间主要有四个阶段的变化：①缓慢增加阶段，即第一层开挖阶段，由于开挖深度较小，整体扰动较少，轴力增加缓慢；②快速增长阶段，即第二层开挖至第2道支撑施作完成之前，期间由于基坑变形逐渐增加，支撑轴力相应随之快速增加；③起伏调整阶段，即第2道支撑施作完成至第二层开挖结束，期间由于开挖继续下移以及第2道支撑施作分担侧压力等作用，轴力动态起伏调整；④平稳恢复阶段，即第二层开挖完成以后，受外部扰动影响较小，轴力基本处于平稳状态。第2道支撑轴力变化相对简单，主要分为快速增长、缓慢增长、稳定调整三个阶段。

(2)除局部基坑挖到底板施工或其他不确定因素扰动外，总体上轴力随着基坑开挖和安装工况而动态调整，监测40 d左右，第1道支撑轴力出现骤降，第2道支撑施作完成后，轴力动态调整增加。第1道支撑测点实测最大轴力占设计值比重为4.5%～65.6%，第2道为35.4%～55.8%，均在报警值范围内；第2道支撑轴力平均值为27 340 kN，约为第1道的4.1倍，因此可以划分第2道支撑为主支撑，第1道为次支撑。

图9 混凝土支撑轴力变化Fig.9 Axial force change of concrete support

(3)支护方案对第1道混凝土支撑即次支撑轴力的影响较大，地连墙侧测点最大轴力平均值为6 002 kN，TRD墙侧为7 128 kN，差异为18.8%；对第2道混凝土支撑即主支撑轴力的影响基本忽略，地连墙侧测点最大轴力平均值为27 244 kN，TRD墙侧为27 438 kN，差异为0.7%。

4.6 立柱隆沉

图10为基坑格构柱隆沉随时间变化曲线。其中，正值为隆起，负值为下沉，报警值为20 mm。对比分析可知：

(1)富水软弱地层下立柱的隆沉随基坑施工呈现明显的三阶段变化规律：①缓慢变化阶段，即浅部土层开挖期间，土体卸荷影响较小，测点立柱隆沉在-4～3 mm范围内波动；②剧烈变化阶段，即第2道支撑施作完成至第二层开挖结束，土体卸荷程度加剧，测点立柱隆沉在-8～8 mm范围内波动，后期出现较为明显的回弹；③恢复调整阶段，即第二层开挖完成以后，基坑整个支撑体系受力逐渐趋于稳定，测点立柱隆沉恢复到-6～5 mm范围内。

(2)支护方案对立柱隆沉的影响差异较小，地连墙侧测点绝对隆沉量平均值为4.47 mm，TRD墙侧为3.23 mm。不同开挖区域对立柱隆沉的影响差异较大，主要分为两种情况：一是基坑转角区域和阳角区域，隆沉量较大，如转角区测点LZ3、LZ7、LZ11、LZ21、LZ25分别达到-7.82、-4.06、-4.29、-6.27、-5.45 mm，阳角区测点LZ15、LZ20分别为-5.82、3.25 mm；二是常规区段和连接处隆沉量较小，测点LZ4、LZ5、LZ24分别为-1.95、1.08、-0.74 mm。

图10 不同分区立柱隆沉变化Fig.10 Column uplift change of different zones

4.7 基坑外水位变化

图11为基坑外水位变化曲线。其中，正值为上升，负值为下降。

对比分析可知：基坑外水位变化相对平稳，随着基坑施工呈现四个阶段的变化特征。①起伏跳跃阶段，即第一层开挖阶段，潜水水位受到扰动影响，上升下降交替变化；②整体下降阶段，即第二层开挖至第2道支撑施作完成之前，潜水水位随着开挖继续进行呈现下沉趋势；③平稳调整阶段，即第2道支撑施作完成至第二层开挖结束，开挖对潜水水位的影响基本结束，潜水水位处于平稳期；④上升恢复阶段，即第二层开挖完成以后，随着第三层开挖以及后期填筑等工序的进行，水位逐渐上升恢复到原始水位并保持稳定。

图11 不同支护方案下水位变化Fig.11 Variation of water level under different support schemes

5 结论

(1)影响含水层渗透性的因素较多，采用多种计算方法比对分析可以有效避免。本工程潜水静水位标高远大于第Ⅰ承压含水层静水位，两者之间存在较厚的弱透水隔水层，没有明显的水力联系。

(2)地连墙和TRD连接处深层水平位移呈现的两头小中间大的“鼓胀”形，位移值最大，需要加强重点防控；地连墙侧位移分布近似均匀，TRD墙侧呈现上、中部大，下部小的“刀把”形，分界处约测深的2/3。地连墙侧水平位移以及地表沉降控制效果均优于TRD墙侧。

(3)桩顶和立柱隆沉具有明显的三阶段变化特征，即浅部土层开挖期间，第2道支撑施作完成至第二层开挖结束以及第二层开挖完成以后；两种支护方案对桩顶和立柱隆沉的影响差异较小，桩顶和立柱所在区域对隆沉影响差异较大。

(4)混凝土撑轴力和基坑外水位变化具有明显的四阶段变化特征，即第一层开挖阶段，第二层开挖至第2道支撑施作完成之前，第2道支撑施作完成至第二层开挖结束以及第二层开挖完成以后；支护方案对第1道混凝土支撑即次支撑轴力的影响较大，最大轴力差异为18.8%。