深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)與成果分析

余云泉

1 工程概況與地質(zhì)水文特征

1.1 工程概況

廣州某小高層住宅工程位于番禺區(qū)臨江處，兩面臨水，該工程基坑呈矩形布置，采用地下連續(xù)墻加鋼支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，開挖深度為18.0 m(基坑外地面標(biāo)高為7.5 m)，基坑周邊總長(zhǎng)296 m，占地面積4 687 m2?；A(chǔ)底板為C15混凝土，厚1.5 m，基礎(chǔ)底板下臥層為中粗砂。

1.2 地質(zhì)、水文特征

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程各層土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 各層土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

地下水主要賦存于第四系沖積層的孔隙和基巖裂隙之中，屬孔隙水和裂隙潛水，局部為微承壓水，粉質(zhì)黏土層為相對(duì)隔水層。地下水位高程在2.0 m～4.5 m左右，施工現(xiàn)場(chǎng)兩面環(huán)水，地下水直接由江水及大氣降水補(bǔ)給。主汛期時(shí)，江水的漲落對(duì)施工產(chǎn)生較大的影響。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用地下連續(xù)墻(全圍封)作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻厚0.8 m，墻深25 m，地下連續(xù)墻入強(qiáng)風(fēng)化巖1.5 m，墻底標(biāo)高為▽-20.0 m，連續(xù)墻分為68幅槽段，采用弧形鋼板接頭，鋼支撐結(jié)構(gòu)采用H型鋼制作的組合鋼梁。鋼支撐系統(tǒng)縱橫交錯(cuò)呈井字形布置，縱向設(shè)置3層支撐，橫向設(shè)置4層支撐，在基坑4個(gè)角及縱向支撐南端加設(shè)斜撐。立柱樁采用φ 25×12的圓形鋼管(共20根樁，樁長(zhǎng)24 m，樁底標(biāo)高▽-18.0 m)。所有立柱樁、鋼支撐與連續(xù)墻之間均采用對(duì)接焊縫連接。安裝鋼支撐的同時(shí)對(duì)各層鋼支撐預(yù)加軸力。

3 施工監(jiān)測(cè)與成果分析

3.1 地下連續(xù)墻墻頂水平位移

表2 地下連續(xù)墻墻頂水平位移 mm

地下連續(xù)墻墻頂水平位移主要取決于基坑的寬度、開挖深度、土的性質(zhì)、墻體剛度、入土深度、開挖支撐形式以及施工工藝等，是墻體變形量的最直接反映，同時(shí)也反映墻體在基坑開挖過(guò)程中整體變形的協(xié)調(diào)性。施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。

由表2的數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn):1)基坑各邊墻頂?shù)淖畲笏轿灰?Tmax=52 mm。2)墻頂最大水平位移與開挖深度之比(Tmax/Hw)為0.29%。3)墻頂位移在支撐安裝到位后仍然繼續(xù)增大，且各邊位移均向坑內(nèi)。4)墻頂位移與基坑開挖和鋼支撐施工密切相關(guān)，由于第一道支撐距地表近4 m，在第一層土開挖結(jié)束而尚未完成第一道支撐安裝前，地下墻上部始終處于懸臂狀態(tài)，而且墻體暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得墻頂位移過(guò)大，加上基坑周圍荷載分布不均勻(基坑?xùn)|面布置有橋式起重機(jī)，北面為出土通道)，因而造成基坑周邊位移不均衡，可能影響到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

3.2 鋼支撐端軸力與跨中應(yīng)力

施工中，在12號(hào)橫向鋼支撐的第二、三層支撐一端安裝了反力計(jì)監(jiān)測(cè)軸力;在11號(hào)橫向鋼支撐的第四層支撐跨中安裝了鋼筋應(yīng)力計(jì)測(cè)定支撐應(yīng)力。支撐的軸力與應(yīng)力都是通過(guò)振弦讀數(shù)儀測(cè)出反力計(jì)與鋼筋應(yīng)力計(jì)的頻率變化量后換算得出。鋼支撐端軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖1，圖2。各道橫向支撐設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)的最大軸力及應(yīng)力值見表3。

表3 各道橫向支撐最大軸力和應(yīng)力設(shè)計(jì)值及實(shí)測(cè)值匯總表

監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn):鋼支撐軸力的變化受基坑開挖深度的變化與支承情況的改變(鋼支撐的增減、基礎(chǔ)混凝土的上升等)影響最大;其次，基坑外江水的漲落與氣溫的變化，對(duì)支承軸力的變化也有一定的影響。以上各種影響因素在鋼支撐端軸力曲線圖中均有不同程度的反映。

根據(jù)支撐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與應(yīng)力設(shè)計(jì)、觀測(cè)值匯總表分析發(fā)現(xiàn):實(shí)測(cè)支撐應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，第一、二層支撐實(shí)測(cè)值為設(shè)計(jì)值的50%～55%，第三、四層支撐實(shí)測(cè)應(yīng)力僅為設(shè)計(jì)值的10%左右，這種受力狀況是不太合理的;鋼支撐容許應(yīng)力[σ]=166.6 MPa，而鋼支撐最大實(shí)測(cè)應(yīng)力48.0 MPa，僅為容許應(yīng)力的29%，說(shuō)明鋼支撐支護(hù)實(shí)際并未發(fā)揮到設(shè)計(jì)應(yīng)有的作用。

從鋼支撐應(yīng)力變化曲線可發(fā)現(xiàn)支撐應(yīng)力的變化趨勢(shì)如下:1)第一道支撐安裝完畢并加預(yù)應(yīng)力后，隨著開挖深度的增大，第一道支撐的應(yīng)力平穩(wěn)增長(zhǎng)，第二道、第三道支撐的安裝，并未使第一道支撐所受軸力減小，只是在個(gè)別時(shí)段呈齒形波動(dòng)。表明隨著基坑外地面荷載、地下水位的變化，鋼支撐的應(yīng)力也有較小的波動(dòng)，并在各層支撐間低幅調(diào)整。隨著第四道支撐安裝完畢，第一道支撐受力呈明顯下降趨勢(shì)。2)第二道支撐安裝完畢并加預(yù)應(yīng)力后，其所受軸力隨著開挖而平穩(wěn)增長(zhǎng)，應(yīng)力曲線呈一定的振蕩態(tài)勢(shì)。第三道支撐的安裝并未減小第二道支撐所受軸力，在第四層土方開挖的前半期軸力增加的速率加快，后半期軸力出現(xiàn)較大的波動(dòng)，先降后升，并恢復(fù)到原有的受力水平(這是受一個(gè)洪水過(guò)程影響)。隨著第四道支撐安裝完畢，第二道支撐受力呈明顯下降的趨勢(shì)。3)第三、第四兩道支撐的應(yīng)力相對(duì)平穩(wěn)，呈低幅波動(dòng)趨勢(shì)。而且實(shí)測(cè)應(yīng)力值僅為設(shè)計(jì)值的10%左右，這可能與設(shè)計(jì)考慮的地面超載以及8月下旬地下水位下降較快有關(guān)。4)實(shí)測(cè)表明，受江水漲落的影響，地下水位發(fā)生變化，造成支撐所受軸力的波動(dòng)，特別在暴雨作用下江水急漲急落。鋼支撐應(yīng)力隨地下水的變化而呈現(xiàn)急劇振蕩，應(yīng)力變化達(dá)到50%以上。5)由于溫度的變化，支撐往往產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，日夜溫差較大時(shí)，產(chǎn)生的附加溫度應(yīng)力可達(dá)30%左右。6)監(jiān)測(cè)中還發(fā)現(xiàn)，底板澆筑完成后，各層支撐的軸力均明顯逐漸的減小。說(shuō)明底板對(duì)于支撐體系的軸力已具有分擔(dān)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)本工程的實(shí)踐，在地下水來(lái)源豐富且地下水位較高的砂質(zhì)地層中，進(jìn)行深基坑開挖。采用地下連續(xù)墻加鋼支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟(jì)合理的，特別在施工場(chǎng)地受到周邊環(huán)境限制，不允許放坡開挖，而工期要求又緊的工程中，這一圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)更明顯。2)從實(shí)測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)，本工程中鋼支撐的強(qiáng)度發(fā)揮不夠理想，受控于其剛度，鋼支撐的軸向穩(wěn)定受到很大的挑戰(zhàn)。在后期增加了支撐間的橫向連系后，整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到改善，保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。因此，設(shè)計(jì)中必須對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性全面考慮，構(gòu)件的設(shè)計(jì)剛度與強(qiáng)度的發(fā)揮要相平衡。3)在鋼支撐拆除過(guò)程中，由于軸力集中將使其他支撐的軸力發(fā)生顯著增加，因此，在拆除過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)未拆除的支撐軸力的監(jiān)測(cè)是十分必要的。4)由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，總是考慮支撐軸心受力，但實(shí)際上偏心受壓的作用卻不容忽視，支撐偏心受壓失穩(wěn)的威脅在施工過(guò)程中也有發(fā)生。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分注意到支撐偏心受力的影響。

[1] GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] YB 9258-97，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 孟凡海.深基坑支護(hù)施工監(jiān)測(cè)方案[J].山西建筑，2008，34(17):130-131.