關(guān)于深基坑監(jiān)測(cè)實(shí)踐分析

李志勇

深圳市勘察研究院有限公司

摘要：本文結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)其深基坑工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，分析并闡述深基坑施工過程中基坑監(jiān)測(cè)方案及監(jiān)測(cè)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：深基坑；基坑監(jiān)測(cè)

1 工況

該工程是建筑大樓，地下2層，地上6層，南北長(zhǎng)91.7m，東西寬89.6m，工程的西面距離基坑底邊線為4.0 m；南面距離基坑底邊線為4.80m，都分布有管網(wǎng)，其基坑的平面圖如圖1所示。

圖1 基坑平面和測(cè)點(diǎn)布置圖

擬建場(chǎng)地地形平坦，最大高差0.69m，地貌單元為平原。根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)分布的土層主要是沖積成因的粉土、粉砂和粉質(zhì)黏土，各土層的性質(zhì)指標(biāo)見表1.

表1 各土層的性質(zhì)指標(biāo)

2 基坑支護(hù)與監(jiān)測(cè)方案

2.1支護(hù)方案

該基坑安全等級(jí)為一級(jí)，綜合考慮場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境及基坑開挖深度，基坑支護(hù)方案具體情況如下。

1）基坑北側(cè)、西側(cè)、東側(cè)南部采用鉆孔灌注樁方案（1-1剖面），基坑上部2.5 m按1：0.3放坡開挖，2.5m以下垂直開挖，采用樁錨支護(hù)方案.第1排、第3排、第5排以及第7排布置摩擦土釘，長(zhǎng)度分別為9.0，2.0，2.0，2.0m，傾角均為15%。第2排、第4排和第6排布置錨索，長(zhǎng)度分別為22.0，20.0，18.0m，自由段長(zhǎng)度分別為8，7，7m，傾角均為15%預(yù)應(yīng)力均為180 kN，如圖2所示.

2）基坑?xùn)|側(cè)北部采用雙排鉆孔灌注樁方案（2-2剖面），基坑垂直開挖.樁間設(shè)置7排土釘，第1排長(zhǎng)度為8.0m，第2，3，4排土釘長(zhǎng)度均為9.0m，第5，6，7排土釘長(zhǎng)度均為6.0m，傾角均為15%，如圖3所示.

3）基坑南側(cè)采用復(fù)合土釘墻支護(hù)方案，基坑采用1：0.3放坡開挖，在4.0m位置設(shè)置寬1.0m的臺(tái)階，共設(shè)置5排土釘，2排預(yù)應(yīng)力錨桿，共7排.第1排土釘長(zhǎng)度為8.0m，傾角為15°；第2排土釘長(zhǎng)度為9.0m，傾角為15°；第3排錨桿長(zhǎng)度15.0m自由段長(zhǎng)6m，傾角為15°，預(yù)應(yīng)力為50 kN；第4排土釘長(zhǎng)度12.0m，傾角為150；第5排錨桿長(zhǎng)度15.0m，自由段長(zhǎng)6m，傾角為15°，預(yù)應(yīng)力為50 kN；第6排土釘長(zhǎng)度為8.0m，傾角為15°；第7排土釘長(zhǎng)度為7.0m，傾角為15°

圖2 鉆孔灌注樁支護(hù)剖面圖（1-1剖面）

2.2監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）并結(jié)合該基坑特點(diǎn)，確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容為樁頂水平位移、深層水平位移、錨索軸力和周邊建筑物的沉降。

1）樁頂水平位移的監(jiān)測(cè).為觀測(cè)方便且能及時(shí)掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，樁頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在護(hù)坡樁樁頂冠梁上，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為20-30m。此次監(jiān)測(cè)共布設(shè)12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1-P12（圖1），采用視準(zhǔn)線法來(lái)測(cè)定樁頂水平位移。施工過程中監(jiān)測(cè)頻率為1次/d，報(bào)警值為累計(jì)位移30mm.

2）深層水平位移的監(jiān)測(cè).用測(cè)斜儀在預(yù)先埋設(shè)好的小60mm PVC測(cè)斜管測(cè)量基坑邊壁的水平位移.根據(jù)該基坑的具體情況，此次監(jiān)測(cè)在基坑周邊一共布設(shè)6個(gè)測(cè)斜孔，測(cè)點(diǎn)（Sl-S6）平面圖如圖1所示.監(jiān)測(cè)頻率為施工過程中1次/d，報(bào)警值為累計(jì)位移45～50 mm，變化速率2～3mm/d

圖3 雙排樁支護(hù)剖面圖（2-2剖面）

3）錨索軸力的監(jiān)測(cè).錨索軸力的監(jiān)測(cè)是用振弦式錨索測(cè)力計(jì)測(cè)量.此次監(jiān)測(cè)共布設(shè)4個(gè)錨索，編號(hào)分別是M（30286），M（40441），M（40444），M（40446），具體位置如圖1所示。監(jiān)測(cè)頻率為施工過程中1次/d，報(bào)警值為60%～70%的構(gòu)件承載能力設(shè)計(jì)值。

4）周邊建筑物沉降的監(jiān)測(cè)。周邊建筑物沉降的監(jiān)測(cè)用DSOS精密水準(zhǔn)儀觀測(cè)，通過平差計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的高程，利用前后兩次觀測(cè)的高程之差來(lái)反映建筑物的沉降。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1樁頂水平位移

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，基坑開挖過程中最大水平位移為12.02mm，未達(dá)到報(bào)警值（30 mm）。選取4個(gè)角點(diǎn)P3，P6，P7，P10以及2個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)P8～P11進(jìn)行分析，，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移隨著基坑開挖，總趨勢(shì)是逐漸增大的，但又都存在2個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。基坑開挖初期，P3測(cè)點(diǎn)水平位移發(fā)展較其他測(cè)點(diǎn)快，原因是此處基坑開挖速度快，同時(shí)在該處附近堆放了一些鋼筋等重物，造成該區(qū)域附加荷載急劇增加，將鋼筋等材料移走后持續(xù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)水平位移逐漸趨向穩(wěn)定，可見樁頂水平位移的大小受樁頂荷載情況影響明顯.隨后，各測(cè)點(diǎn)水平位移按近似線性增長(zhǎng)方式發(fā)展，P6測(cè)點(diǎn)的水平位移發(fā)展最快，這首先是由于在該測(cè)點(diǎn)處基坑開挖速度快，未及時(shí)對(duì)基坑進(jìn)行坑壁支護(hù)；其次是由于P6測(cè)點(diǎn)靠近基坑轉(zhuǎn)角處，而在基坑轉(zhuǎn)角處圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受土壓力集中，導(dǎo)致該區(qū)域樁體向基坑方向水平移動(dòng)的速度增大.當(dāng)基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，位移曲線幾乎成水平狀。此外，基坑長(zhǎng)邊水平位移較短邊水平位移大。

圖4 S2測(cè)點(diǎn)深層水平位移曲線

由圖4可知，側(cè)向位移量隨著基坑開挖的進(jìn)行不斷變大，基坑開挖面以上增大迅速，基坑底部變形遲緩。基坑開挖的前期，基坑內(nèi)土體應(yīng)力得到解除，2012年11月24日至2012年12月28日這段時(shí)間內(nèi)S2測(cè)斜管水平位移變化有逐漸增大的態(tài)勢(shì)，2013年01月12日，水平位移變化曲線較之前變化較大，深層最大水平位移為15.75 mm，位于埋深6.5 m處，整體趨勢(shì)發(fā)展為“S”型，埋深2.5 m范圍內(nèi)深層水平位移由大變小，面埋深2.5～6.5 m范圍內(nèi)深層水平位移由小變大.導(dǎo)致這種偏差的原因是該處基坑的開挖方式和支護(hù)形式比較特殊：基坑上部2.5m按1：0.3放坡開挖，2.5m以下垂直開挖，采用樁錨支護(hù)方案，可以抑制邊坡上部土體的水平移動(dòng)，在冠梁處位移發(fā)展得慢，到后期深層水平位移曲線圖發(fā)展成鼓腹?fàn)睢?/p>

3.2深層水平位移

深層水平位移共布設(shè)6個(gè)測(cè)孔，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多，在此僅取代表性數(shù)據(jù)，S2，S5測(cè)斜管水平位移變化曲線如圖4和圖5所示.監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：各測(cè)斜管得到的土體深層水平位移最大值為8.75～30.15mm，全部符合相應(yīng)的水平位移控制指標(biāo)（單次變化值小于2mm累計(jì)變化值小于45mm）。

圖5 SS測(cè)點(diǎn)深層水平位移曲線

由圖6可知，SS測(cè)斜管水平位移在2012年11月30日至2012年12月25日這段時(shí)間內(nèi)變化不大，自2012年12月25日開始，測(cè)斜管水平位移線開始突然增大，深層最大水平位移為16.8mm，位于埋深5.5m處，到后期呈現(xiàn)出“兩頭小，中間大”的變形特征.分析這兩個(gè)測(cè)斜管的水平位移變化曲線可發(fā)現(xiàn)都有一個(gè)明顯的位移增大點(diǎn)，增長(zhǎng)最大值可達(dá)20mm，位于埋深0.5m處。按照常理，在測(cè)斜管周邊的邊坡應(yīng)該有裂縫產(chǎn)生，但在現(xiàn)場(chǎng)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫，造成這種偏差的原因是測(cè)斜管埋設(shè)中周邊填料與土體彈性差別較大，后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)管理人員重新回填砂土處理后，在后期讀數(shù)中能反映出深層土體水平位移發(fā)展比較穩(wěn)定.可見深層水平位移大小及分布與基坑開挖深度、支護(hù)結(jié)構(gòu)體剛度、地質(zhì)狀況等因素有關(guān)。

3.3錨索軸力

4個(gè)錨索張拉后最大軸力值為140.92kN，未達(dá)到報(bào)警值180kN錨索軸力隨時(shí)間的變化曲線如圖6所示.

圖6 錨索軸力隨時(shí)間的變化曲線

由圖6可知，在前10d左右由于錨索蠕變出現(xiàn)一定的應(yīng)力損失，4個(gè)錨索的軸力都有些波動(dòng)，達(dá)到最大值后基本保持恒定.M（30286），M（40444）和M（40441）錨索之間的軸力終值相差了20kN左右，M（30286）和M（40446）錨索之間的軸力終值相差接近40kN。經(jīng)過分析，這4個(gè)錨索所處位置的基坑支護(hù)方案以及周邊環(huán)境各不相同，隨著基坑開挖深度的增大，被動(dòng)土壓力逐漸減小，M（40446）錨索所處位置處于仰角，主動(dòng)土壓力超過錨索預(yù)應(yīng)力的荷載完全由錨索承擔(dān)，其錨索軸力相對(duì)最大為140.92 kN。M（40441）錨索處于基坑的西側(cè)，附近沒有構(gòu)筑物，主動(dòng)土壓力由錨索和樁體共同承擔(dān)，其錨索軸力相對(duì)最小，為69.43kN。此外，錨索軸力的大小與變化與基坑開挖順序及其速度也有很大關(guān)系，隨著土壓力的重分布，各錨索軸力又發(fā)生調(diào)整，表現(xiàn)出不均勻性.

3.4周邊建筑物的沉降

引起基坑周邊建筑物沉降的原因主要有兩個(gè)：①基坑開挖卸荷，使應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，引起基坑周邊地面沉降；②基坑開挖降水引起的地下水滲流，形成滲流場(chǎng)，地下水位降低，土中有效應(yīng)力增加，產(chǎn)生沉降。在整個(gè)基坑開挖過程中，建筑物最大單次沉降值為0.41mm最大累計(jì)沉降量8.44mm，均未達(dá)到報(bào)警值?？拷颖O(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降值大于遠(yuǎn)離基坑的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。取靠近基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建筑物沉降隨時(shí)間變化的曲線如圖8所示.

由圖7可知，建筑物沉降隨著基坑開挖深度的逐漸增加而不斷增大，具有“慢～快～慢，小～大～小”臺(tái)階式的變化規(guī)律.在基坑開挖初期（0-10d），開挖深度淺，開挖速度也慢，建筑物沉降發(fā)展很緩慢，曲線變化呈近似水平狀，沉降量??；隨著基坑的開挖深度的增大以及開挖速度的加快（10～60d），曲線變化呈持續(xù)上升趨勢(shì)，支護(hù)結(jié)構(gòu)和外側(cè)土體變形較大，引起建筑物加速沉降；在60～100d期間，基坑停止開挖，曲線逐漸趨近于水平，說(shuō)明建筑物沉降趨于穩(wěn)定；100d以后，基坑又繼續(xù)開挖直至基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高，建筑物沉降有所發(fā)展但發(fā)展緩慢，最后趨于穩(wěn)定狀態(tài).由此可知，基坑周邊建筑物沉降與基坑開挖深度和開挖速度有關(guān).此外，從圖7可以看出這6個(gè)測(cè)點(diǎn)處的累計(jì)沉降量有明顯差異：C2的累計(jì)沉降量最大，為8.44 mm；C6的累計(jì)沉降量最小，為5.04 mm.這是由于這6個(gè)測(cè)點(diǎn)離基坑的遠(yuǎn)近不同而造成的，距基坑近的土體受擾動(dòng)程度嚴(yán)重，土體將保持相對(duì)較差的整體穩(wěn)定性，沉降量大。在施工過程中建筑物墻體沒有出現(xiàn)裂縫，說(shuō)明建筑物是整體均勻沉降。

圖7 建筑物沉降隨時(shí)間的變化曲線

4 結(jié)語(yǔ)

1）樁頂水平位移隨著基坑開挖，總趨勢(shì)是逐漸增大，樁頂水平位移的大小受樁頂荷載情況影響明顯，靠近基坑轉(zhuǎn)角處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其水平位移發(fā)展快，基坑長(zhǎng)邊水平位移較短邊水平位移相對(duì)較大.

2）隨著基坑的開挖，土體深層水平位移基本也是逐漸處于增長(zhǎng)狀態(tài)，各階段的位移發(fā)展與時(shí)間并不是呈線性關(guān)系.深層水平位移在冠梁處發(fā)展得慢，到后期，深層水平位移曲線圖發(fā)展成“兩頭小，中間大”的鼓腹?fàn)钚螒B(tài)。

3）錨索軸力在張拉鎖定后短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大的預(yù)應(yīng)力損失，錨索軸力有些波動(dòng)，達(dá)到最大值后基本保持恒定.不同的支護(hù)方案以及不同的周邊環(huán)境基坑位置的錨索軸力有明顯差異.

4）建筑物沉降隨著基坑深度的逐漸增加而不斷增大，表現(xiàn)出“慢～快～慢，小～大～小”臺(tái)階式的變化規(guī)律.

5）從樁頂水平位移、深層水平位移、錨索軸力及周邊建筑物沉降變形等監(jiān)測(cè)的結(jié)果可知，該工程的支護(hù)方案效果良好，可滿足設(shè)計(jì)和環(huán)境的要求。