基坑變形監(jiān)測分析

■ 王旭 奚華峰 程軍

王 旭：南京市河西新城區(qū)國有資產(chǎn)經(jīng)營控股（集團(tuán)）有限責(zé)任公司計(jì)劃處，處長，江蘇 南京，210031

奚華峰：南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，教授級高級工程師，江蘇 南京，210031

程 軍：南京河西新城新型有軌電車建設(shè)有限公司，高級工程師，江蘇 南京，210031

1 工程概況

南京市河西新城快速公交工程1號線車輛基地分為一期、二期修建，一期為1號線車輛基地，二期為預(yù)留2號線車輛基地；單體建筑形式，全地下1層、局部2層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。一期地下建筑面積41 000 m2，由車輛段、綜合維修中心和物質(zhì)總庫3部分組成?；又荛L約1 340 m，長邊約512 m，短邊約190.5 m，開挖深度11 m?；涌偯娣e約為84 000 m2，其中一期約為49 000 m2。

基坑一期施工采用排樁+斜拋撐支護(hù)，盆式開挖，先施作基坑中間底板，形成中心島，排樁通過斜拋撐把土體水平側(cè)壓力傳遞給中心島，中心島提供足夠反力保證土體穩(wěn)定。排樁采用φ1 000 mm或φ1 200 mm灌注樁，斜拋撐采用φ609 mm×16 mm鋼管。

基坑右側(cè)條形段采用φ1 000 mm或φ1 600 m雙排樁支護(hù)，排距5 m，為了減小樁頂變形，被動區(qū)用3排雙軸攪拌樁加固。雙排樁樁頂采用100 cm×100 cm連梁連接。

基坑?xùn)|面一期、二期交界處采用3級放坡開挖，放坡坡度1∶2.5。坡面采用C20混凝土噴混，厚10 cm，鋪設(shè)φ6 mm@200 mm×200 mm的鋼筋網(wǎng)，加設(shè)長1.5 m的土釘，間距2 m×2 m?？拷履_處采用雙軸攪拌樁進(jìn)行加固，加固深度4.5 m。

2 地質(zhì)水文概況

根據(jù)勘察結(jié)果，基坑場區(qū)覆蓋層厚度較大，為典型的長江漫灘相沉積物。地層自上而下分別為雜填土，層厚0.30～3.10 m，土層復(fù)雜，工程性質(zhì)很差；素填土，灰黃-灰褐色，層厚0.30～2.90 m，層頂埋深0～2.40 m；粉質(zhì)黏土，灰黃色，可塑，局部硬塑，層厚0.50～2.50 m，層頂埋深0.30～2.40 m；粉質(zhì)黏土，灰黃色，軟塑，層厚0.40～1.90 m，層頂埋深0.60～3.10 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰色，流塑，層厚1.10～18.80 m，層頂埋深1.50～3.60 m；粉土，灰色，呈稍密狀態(tài)，土層厚1.50～11.50 m，層頂埋深3.20～20.50 m；粉細(xì)沙，灰色，呈稍密狀態(tài)，層厚1.30～8.30 m，層頂埋深7.50～11.80 m；粉細(xì)沙，灰色，呈稍密狀態(tài)，土層厚0.45～14.50 m，層頂埋深9.60～22.50 m。

基坑場區(qū)位于長江東岸漫灘上，場區(qū)內(nèi)水塘、河溝較多，勘察實(shí)測主要河溝、水塘水面標(biāo)高為5.17～5.65 m（河溝、水塘水深1～2 m，淤泥厚度0.5～1.0 m）。

基坑場區(qū)地下水主要為潛水和弱承壓水，潛水賦存于人工填土、層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，層雜填土富水性較弱，透水性較強(qiáng)，層素填土、層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土飽含地下水，但給水性差、透水性弱；主要接受大氣降水和地表水體入滲補(bǔ)給，與地表水體水力聯(lián)系較密切。弱承壓水主要賦存于層粉砂及其以下的粉細(xì)砂、卵礫石層中，富水性和透水性較強(qiáng)。

3 監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測目的

基坑開挖過程中，由于受地質(zhì)條件、荷載條件、材料性質(zhì)、施工條件和外界其他因素的影響，難以從理論上預(yù)測到工程中遇到的問題，而且理論預(yù)測不能全面準(zhǔn)確反映工程的各種變化。因此在理論指導(dǎo)下，有計(jì)劃地進(jìn)行現(xiàn)場工程監(jiān)測十分必要。

（1）對比監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值，判斷上步施工工藝和施工參數(shù)是否符合或達(dá)到預(yù)期要求，控制下步施工工藝和施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

（2）通過監(jiān)測，確?；娱_挖期間周邊臨時建筑物正常。

（3）通過監(jiān)測，及時調(diào)整圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)的受力均衡，使基坑開挖過程始終處于安全、可控。

（4）檢驗(yàn)工程勘察資料可靠性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)參數(shù)，判斷前步施工是否符合預(yù)期要求。

（5）將現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果反饋設(shè)計(jì)單位，根據(jù)現(xiàn)場工況，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使施工優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟(jì)合理和快捷。

（6）通過跟蹤監(jiān)測，使挖土、換撐、拆除等階段的施工科學(xué)有序，保障基坑施工安全。

3.2 監(jiān)測原則

（1）系統(tǒng)性原則。

（2）可靠性原則。

（3）與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合原則。

（4）關(guān)鍵部位優(yōu)先、兼顧全面原則。

（5）與施工相結(jié)合原則。

（6）科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)安全原則。

3.3 監(jiān)測內(nèi)容

（1）樁頂水平、豎向位移監(jiān)測。根據(jù)設(shè)計(jì)文件和規(guī)范要求，在圍護(hù)樁上端部設(shè)置樁頂沉降和水平位移監(jiān)測點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，將監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在基坑周邊的中部和端部，并在凸角等相對較危險點(diǎn)上設(shè)置，以便保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全。樁頂沉降和水平位移監(jiān)測設(shè)置了35個監(jiān)測點(diǎn)，間距為40～60 m。豎向位移監(jiān)測可采用幾何水準(zhǔn)或液體靜力水準(zhǔn)法，水平位移可采用前方交匯法、自由設(shè)站法和極坐標(biāo)法。基坑監(jiān)測采用了幾何水準(zhǔn)法和前方交匯法。

（2）坡頂水平、豎向位移監(jiān)測。基坑邊坡頂部水平位移和沉降監(jiān)測點(diǎn)沿基坑周邊設(shè)置，基坑周邊中部、陽角處設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，間距40～60 m。水平位移和沉降監(jiān)測的35個監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)的周邊土體上。

（3）土體深層水平位移監(jiān)測。監(jiān)測深層土體側(cè)向位移是為判斷土體是否有失穩(wěn)預(yù)兆及現(xiàn)象，為基坑穩(wěn)定性評價、預(yù)測、預(yù)報(bào)和防治工程提供依據(jù)。在基坑周邊坑外土體中埋設(shè)30根監(jiān)測斜管，孔深20 m。監(jiān)測斜管應(yīng)在基坑開挖一周前埋設(shè)，監(jiān)測斜管連接時應(yīng)保證上下管的導(dǎo)槽對準(zhǔn)順暢，接頭處應(yīng)密封處理；埋設(shè)時測斜管應(yīng)保證豎直，其中一組導(dǎo)槽應(yīng)與基坑監(jiān)測方向一致。

（4）支撐軸力監(jiān)測。根據(jù)設(shè)計(jì)文件和規(guī)范要求，在承受較大內(nèi)力的指定支撐端部或中部設(shè)置支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)，設(shè)置了12個軸力計(jì)，監(jiān)測支撐內(nèi)力變化，通過數(shù)字式監(jiān)測儀測得讀數(shù)；在承受較大內(nèi)力的指定支撐端部或中部設(shè)置應(yīng)變儀，監(jiān)測支撐變形，通過數(shù)字式監(jiān)測儀測得讀數(shù)。軸力計(jì)量程宜為設(shè)計(jì)值的1.2倍，并在開挖前讀取初始值。

4 有限元模擬

4.1 有限元計(jì)算模型

基坑工程面積相對較大，為了計(jì)算簡明，取一個典型斷面作為計(jì)算模型（見圖1）。Plaxis有限元軟件采用摩爾-庫倫模型，該模型描述了對巖土行為的一階近似，常用于對問題的初步分析；對于每個土層，可估算一個平均剛度常數(shù)。由于這個剛度為常數(shù)，計(jì)算往往相對較快。為了消除邊界條件對模型的影響，斷面深度取基坑深度的2倍，寬度取基坑寬度的2倍。模型左右兩邊設(shè)置水平位移約束，底部設(shè)置豎向位移約束。斷面0～5 m為雜填土，5～12 m為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，以下為淤泥。巖土有限元計(jì)算參數(shù)見表1。

4.2 有限元計(jì)算結(jié)果

通過有限元計(jì)算分析，得出基坑水平位移云圖、基坑豎向位移云圖及支撐軸力圖，得出如下結(jié)果：

（1）基坑底部土方開挖后，水平位移最大值為40 mm，出現(xiàn)在樁頂處；圍護(hù)樁一側(cè)土體產(chǎn)生向基坑內(nèi)側(cè)變形。

（2）基坑沉降最大值為-5 mm，出現(xiàn)在坡頂；坑底隆起最大值為40 mm，出現(xiàn)在基坑中部。

（3）支撐軸力最大值為510 kN，出現(xiàn)在與支座交接處。

圖1 計(jì)算模型

表1 計(jì)算參數(shù)

5 監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 監(jiān)測情況

坡頂位移29號監(jiān)測點(diǎn)和樁頂位移23號監(jiān)測點(diǎn)為典型斷面沉降監(jiān)測點(diǎn)?；娱_挖深度不同時，坡頂沉降和樁頂沉降見圖2和圖3，坡頂水平位移和樁頂水平位移見圖4和圖5。從圖2—圖5中可以看出，坡頂最大沉降為16 mm，樁頂最大上浮為33.4 mm，坡頂向基坑最大偏移量為24 mm，樁頂向基坑最大偏移量為39 mm。土體深層位移最大值為37.67 mm，出現(xiàn)在冠梁頂部。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)均在預(yù)警值范圍內(nèi)。

5.2 監(jiān)測結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對比

在開挖深度10.5 m時，24號監(jiān)測斜管實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果對比見圖6。從圖6中可以看出，實(shí)測結(jié)果與計(jì)算結(jié)果最大誤差4.43 mm，相對誤差為12%。

樁頂上浮實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果對比見圖7，坡頂沉降實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果對比見圖8。從圖7和圖8中可以看出，基坑開挖深度至7.5 m時，實(shí)測結(jié)果與計(jì)算結(jié)果比較吻合，隨著基坑繼續(xù)開挖，設(shè)置在基坑附近的基準(zhǔn)點(diǎn)出現(xiàn)一定沉降，導(dǎo)致實(shí)測結(jié)果大于計(jì)算結(jié)果。

6 結(jié)束語

圖4 坡頂水平位移

圖5 樁頂水平位移

圖6 監(jiān)測斜管實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果對比

圖7 樁頂上浮實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果對比

圖8 坡頂沉降實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果對比

通過Plaxis有限元軟件計(jì)算基坑在開挖過程中的變形，并與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，表明實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果基本吻合，變化趨勢相同。但在基坑繼續(xù)開挖過程中，由于基坑附近的基準(zhǔn)點(diǎn)出現(xiàn)一定的沉降量，坡頂和樁頂?shù)某两蹬c計(jì)算結(jié)果誤差稍大。目前，基坑底板全部完成，上部結(jié)構(gòu)正在施工，各項(xiàng)監(jiān)測值均在安全范圍內(nèi)，表明設(shè)計(jì)方案與施工工藝合理。

[1]GB 50497—2009 建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[2]北京金土木軟件技術(shù)有限公司. Plaxis巖土工程軟件使用指南[M]. 北京：人民交通出版社，2010.