高層建筑深基坑工程監(jiān)測的應(yīng)用實(shí)踐

鄭 輝 趙志川

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高層建筑出于結(jié)構(gòu)和功能應(yīng)用上的需要,不斷加大和加深對地下空間的利用,基坑開挖的深度隨之增大,從幾米一直發(fā)展到幾十米深。在基坑開挖過程中,土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,由靜止土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楸粍?dòng)土壓力狀態(tài),引發(fā)基坑內(nèi)外土體變形,直接影響到基坑本身與周圍鄰近建筑以及地下管線等設(shè)施的安全。鑒于土體性狀、基坑施工條件及其過程的復(fù)雜性,迄今無精確方法可以計(jì)算基坑變形,而基坑工程是臨時(shí)性工程,投入的資金一般有限,伴隨的風(fēng)險(xiǎn)也比較大。本文以杭州市區(qū)某深基坑工程的監(jiān)測為例,對監(jiān)測技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用作一介紹與分析。

1 工程概況

某工程總建筑面積31650m2,占地面積 3000m2,擬建建筑物為綜合樓(16層)及地下室2層等,最大單柱荷載約16000kN。本工程設(shè)2層地下室,地下室采用樁基承臺(tái)基礎(chǔ),工程樁采用鉆孔灌注樁?；又饕_挖深度為11.2m,10.90m,屬一級(jí)基坑。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,基坑開挖影響范圍以內(nèi)的土層自上而下分布依次為雜填土,粉土,淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土以及粉質(zhì)黏土?；又苓叚h(huán)境為:基坑北側(cè)為2幢保留的已有建筑(5層、12層),圍護(hù)樁中心線距離建筑最近10.6 m;基坑?xùn)|側(cè)為小巷,圍護(hù)樁中心線距離用地紅線最近約5.8 m;南側(cè)為大街,圍護(hù)樁中心線距離用地紅線最近約6.6 m;基坑西側(cè)為小巷,圍護(hù)樁中心線距離用地紅線最近約3.4m,巷內(nèi)有雨水管和污水管。

2 基坑監(jiān)測目的

深基坑工程的理論和技術(shù)目前還不盡成熟,每個(gè)深基坑的條件不一,在基坑開挖與施工過程中,存在著時(shí)間和空間上的延滯,以及降雨、堆載、挖機(jī)撞擊等各項(xiàng)偶然因素的作用,使得基坑工程具有其復(fù)雜性和不確定性。因此,必須對基坑施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,只有做好現(xiàn)場動(dòng)態(tài)監(jiān)測,實(shí)行信息化施工,才能及時(shí)獲取基坑開挖過程中土體受力與變形情況,掌握基坑開挖對周邊環(huán)境的影響,以便能及時(shí)采取措施為調(diào)整設(shè)計(jì)方案提供科學(xué)的依據(jù)。

3 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)本基坑工程特點(diǎn),主要確定以下監(jiān)測內(nèi)容:圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移10點(diǎn);支撐軸力監(jiān)測14組;地下水位監(jiān)測12點(diǎn)。其中,水平位移監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測以及地下水位監(jiān)測在正常情況下坑深大于2 m后挖土期間每天1次,其余時(shí)間1 d～3 d 1次,當(dāng)出現(xiàn)異常情況后,調(diào)整為每天監(jiān)測2次。此外,另行布置了50個(gè)沉降監(jiān)控點(diǎn)以監(jiān)測周邊建筑物和道路在施工期間的沉降。根據(jù)本基坑設(shè)計(jì),確定警戒值為基坑周邊最大水平位移超出40mm或坑頂水平位移連續(xù)3 d大于3 mm/d。地下水位單日下降超過1000mm,或者每天超過500mm。支撐軸力的預(yù)警值為6000kN。

4 主要監(jiān)測方法

1)深層土體水平位移觀測。深層土體水平位移通過埋設(shè)測斜管采用測斜儀進(jìn)行監(jiān)測。測斜管是采用特制的硬性聚氯乙烯塑料管,埋設(shè)在基坑外側(cè)的土體中,認(rèn)為測斜管底端是不動(dòng)點(diǎn),各點(diǎn)相對于底端的位移即為該處的水平位移。具體測試方法為:將測斜儀感應(yīng)方向?qū)?zhǔn)側(cè)向位移方向?qū)Р蹆?nèi),將測斜儀輕輕滑至管底,停置片刻使其穩(wěn)定并測其讀數(shù),提升測斜儀每隔0.5 m測讀一次,直至管口。然后將測斜儀旋轉(zhuǎn)180°插入同一對導(dǎo)槽內(nèi),按上述方法重復(fù)測試一次,消除儀器誤差。2)水位觀測。水位觀測孔的布設(shè)以能達(dá)到監(jiān)測目的為原則,在基坑開挖以前埋設(shè)。水位觀測孔采用φ 50PVC管,間隔打孔后用紗布包裹,埋設(shè)在孔徑108鉆孔中。3)支護(hù)結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件內(nèi)力監(jiān)測。頻率儀和鋼筋計(jì)一般采用鋼弦式,鋼筋計(jì)型號(hào)必須與所測鋼筋的直徑一致。一般在綁扎所測構(gòu)件的鋼筋籠時(shí)將鋼弦式鋼筋計(jì)的兩端與主要受力筋對焊在一起,接頭處再用鋼筋綁焊,一個(gè)斷面至少需安裝2只鋼筋計(jì)以推算斷面的受力情況。鋼筋計(jì)的導(dǎo)線端口應(yīng)予以保護(hù)。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

本基坑對深層土體水平位移的監(jiān)測布置了10根測斜管,除基坑?xùn)|側(cè)CX3在開挖后不久被堆載長期掩埋而無法測試外,其余均工作正常。從對土體深層水平位移監(jiān)測的情況看,最大水平位移發(fā)生在基坑北側(cè)的CX6,如圖1所示。從圖1可見,基坑開挖工作從4月下旬開始以來,土體深層水平位移隨著施工的進(jìn)行在逐漸增大。本基坑是從西北向東南方向分段分層開挖的,5月期間CX06水平位移增長最為顯著,而后隨著基坑左半部分施工的逐漸到位,CX06的水平位移增長逐步放緩并趨于穩(wěn)定。鑒于本工程支護(hù)體系的特點(diǎn),土體沿深度的水平位移呈上下小、中間大的形態(tài),最大位移值35.5 mm,發(fā)生在深度約9 m的位置。

根據(jù)對14組支撐軸力的監(jiān)測情況,ZL1-3～ZL1-5軸力增幅最大,超過了警戒值。圖2給出了位于基坑左半部分的ZL0-1～ZL1-5的軸力隨時(shí)間變化的曲線。自5月后,隨著開挖工作的深入,軸力在快速增長,在5月底達(dá)到并開始超過警戒值。對于ZL1-3～ZL1-5軸力超過警戒值的情況,施工各方進(jìn)行了研究,認(rèn)為軸力大幅增長的重點(diǎn)是在ZL1-3和ZL1-4所在支撐,其他支撐軸力情況總體基本表現(xiàn)正常。ZL1-3和ZL1-4所在支撐在整個(gè)支撐體系中處于不利位置,長度較長,特別是ZL1-4。在實(shí)際工程中,混凝土收縮、徐變以及溫度等非荷載因素同樣可以引起軸力的變化。從對現(xiàn)場檢查情況來看,支撐構(gòu)件表觀正常,未出現(xiàn)異常裂縫。因此,研究決定:1)加大監(jiān)測頻率,密切進(jìn)行觀測;2)對基坑西側(cè)進(jìn)行針對性抽水,適當(dāng)降低孔隙水壓力,緩解軸力的進(jìn)一步發(fā)展。在進(jìn)行針對性抽水后,ZL1-3和ZL1-4的軸力逐漸開始穩(wěn)定,ZL1-4超出報(bào)警值約58%。

圖3給出了各測點(diǎn)的水位隨時(shí)間變化的曲線。由于該基坑在市區(qū),周圍臨近建筑物與道路,因此對基坑外圍井點(diǎn)降水力度進(jìn)行了嚴(yán)格控制。各測點(diǎn)的水位在施工期間總體變化較平穩(wěn),累計(jì)水位降幅一般控制在2 m以內(nèi),但位于基坑西側(cè)的水位測點(diǎn)SW8和SW9的水位在6月份曾有一個(gè)明顯的下降,主要是當(dāng)時(shí)為緩解ZL1-3和ZL1-4所在支撐軸力快速增長而進(jìn)行了抽水的原因。

本基坑工程從4月下旬開始,至9月下旬基本結(jié)束。從實(shí)測情況看,盡管部分監(jiān)測數(shù)據(jù)超過了預(yù)警值,但從其他監(jiān)測數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場情況綜合分析判斷,地下室施工期間基坑是安全的。

6 結(jié)語

研究表明,深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工是十分復(fù)雜的,迄今沒有精確的方法可以預(yù)測土體各項(xiàng)參數(shù)變化,任何基坑設(shè)計(jì)與施工必須輔以基坑監(jiān)測才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、預(yù)測情況。只有及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測,才能驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為施工提供實(shí)時(shí)反饋,從而指導(dǎo)基坑開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)施工,切實(shí)保障施工安全。

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