深基坑變形監(jiān)測(cè)與分析

方 成 名， 蘇 波， 鄧 樹(shù) 密

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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深基坑變形監(jiān)測(cè)與分析

方 成 名， 蘇 波， 鄧 樹(shù) 密

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

以成都某深基坑工程為研究對(duì)象，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形展開(kāi)了監(jiān)測(cè)分析，在統(tǒng)計(jì)研究監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，得出了基坑開(kāi)挖及開(kāi)挖完成后支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、頂部沉降、深層水平位移隨時(shí)間變化曲線，探索了變形機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)提出了改善變形的幾點(diǎn)建議，可為類似工程提供技術(shù)參考。

深基坑；變形監(jiān)測(cè)；沉降；水平位移

1 概 述

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，基坑工程獲得了廣泛應(yīng)用。但我國(guó)深基坑工程事故卻頻頻發(fā)生。大量事實(shí)說(shuō)明：深基坑雖然為臨時(shí)性工程，但其重要性不容忽視。進(jìn)行信息化施工，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已經(jīng)得到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)同[1]。成都市某深基坑工程周邊環(huán)境復(fù)雜，四周均為道路，其中一條為主干道。因此，如何有效控制基坑變形、防止基坑對(duì)周邊建筑物和市政道路造成不良影響意義重大。筆者結(jié)合該工程實(shí)例，重點(diǎn)分析了基坑的變形成因及規(guī)律，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，歸納出一些具有參考價(jià)值的結(jié)論。

該工程項(xiàng)目位于成都市成華區(qū)駟馬橋街以東、昭覺(jué)寺橫路以西的川陜路與昭覺(jué)寺橫路交匯處。在建項(xiàng)目建筑總面積約為363 100 m2，項(xiàng)目由1棟27F公寓樓、10棟31～32F住宅樓、2棟21～23F辦公樓及2～5F附屬商業(yè)樓組成，項(xiàng)目整體設(shè)4層地下室，地下室基礎(chǔ)埋深約為15 m。

根據(jù)地勘報(bào)告，將該場(chǎng)地按時(shí)代和成因劃分為五個(gè)工程地質(zhì)層，即：①第四系全新統(tǒng)填土層(Q4ml)，②第四系上更新統(tǒng)沖洪積粘性土層(粘土、粉質(zhì)粘土、粉土)(Q3al+pl)，③第四系上更新統(tǒng)沖洪積細(xì)砂層(Q3al+pl)，④第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵石層(Q3al+pl)，⑤白堊系夾關(guān)組泥巖層(K1j)。

2 施工方案的選擇

為節(jié)約施工成本，在保護(hù)鄰近構(gòu)筑物和地下設(shè)施的同時(shí)，如何安全有效的進(jìn)行地下水控制需選擇合適的支護(hù)方式。根據(jù)成都地區(qū)近年來(lái)基坑支護(hù)工程取得的經(jīng)驗(yàn)，所選定的基坑支護(hù)方案為：基坑周邊采用“單排鉆孔灌注樁+三排預(yù)應(yīng)力錨索”結(jié)構(gòu)的支護(hù)型式。施工降水將改變項(xiàng)目周邊的水文地質(zhì)條件，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，造成地下水位下降；其二，形成潛蝕現(xiàn)象，但其影響是在一定范圍內(nèi)發(fā)生的。地下水位下降的影響隨距離的遠(yuǎn)近呈對(duì)數(shù)關(guān)系下降。潛蝕現(xiàn)象僅僅發(fā)生在降水井附近很小的范圍內(nèi)。據(jù)成都市多年來(lái)對(duì)降水工作的調(diào)研，場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)為卵石層二元結(jié)構(gòu)，該項(xiàng)目場(chǎng)地地下水主要賦存于卵石層中，地下水位的下降對(duì)周邊建筑物沉降變形的影響較弱。因此，我們最終決定采用管井降水的方式降低地下水，其特點(diǎn)是支護(hù)空間充足，支護(hù)結(jié)構(gòu)與降水同時(shí)施工，從而大大縮短了工期。對(duì)周圍鄰近建筑物、道路和地下管線不致造成危害，能有效保證基坑開(kāi)挖的安全。

3 基坑監(jiān)測(cè)

3.1 基坑監(jiān)測(cè)的目的與布設(shè)

為確?；邮┕ぐ踩樌M(jìn)行，保護(hù)周邊建筑物和市政道路，項(xiàng)目部對(duì)該項(xiàng)目施工進(jìn)行了24 h的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，以及時(shí)掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周圍土體的受力與變形情況，使基坑處于安全穩(wěn)定的監(jiān)控之中，基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況見(jiàn)圖1。

(1)基坑頂部的沉降監(jiān)測(cè)和位移監(jiān)測(cè)共設(shè)置地表觀測(cè)點(diǎn)各30個(gè)，位移觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在基坑支護(hù)樁冠梁頂部。本期施工僅涉及12個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

(2)設(shè)置臨近建筑物沉降觀測(cè)22點(diǎn)。

3.2 周邊建筑物監(jiān)測(cè)頻率

圖1 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

根據(jù)施工進(jìn)度，在基坑開(kāi)挖前將建筑物和地坪的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)完畢并進(jìn)行初始數(shù)據(jù)的觀測(cè)，同時(shí)進(jìn)行裂縫調(diào)查和記錄。進(jìn)行了位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)并進(jìn)行了位移初始數(shù)據(jù)的觀測(cè)[2]。監(jiān)測(cè)頻率及報(bào)警值見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)頻率及報(bào)警值表

遇到較大降雨時(shí)以及觀測(cè)值達(dá)到預(yù)警值時(shí)應(yīng)加密觀測(cè)。當(dāng)基坑回填完畢至±0.00時(shí)，整個(gè)基坑監(jiān)測(cè)工程結(jié)束。

3.3 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析

定期進(jìn)行觀測(cè)成果匯總并繪制沉降(s)～時(shí)間(t)、水平位移(L)～時(shí)間(t)關(guān)系曲線圖，每三天對(duì)繪制圖形及觀測(cè)結(jié)果集中進(jìn)行討論，分析變形是否過(guò)大及是否趨于穩(wěn)定并確定是否需要采取補(bǔ)救措施。

(1)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降結(jié)果分析。

數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2015年3月15日～9月5日。由圖2可知：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降值除開(kāi)挖初期速率較快外，總體沉降量并不大，主要是在開(kāi)挖初期，隨著降水工作的進(jìn)行，土壤排水固結(jié)，基坑周邊地表水水壓力會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移、消散，不但打破了原有的力學(xué)平衡，使土體中的有效應(yīng)力增加，在建筑物自重不變的情況下產(chǎn)生了沉降變形；另一方面，由于基坑降水后形成的漏斗使水力梯度增加，所產(chǎn)生的滲透力將作為體積力作用在土體上而引起變形。幾條曲線形狀相似，斜率相近，斜率變化點(diǎn)基本在30 d處，沉降速率明顯減小，即基坑開(kāi)挖完成后沉降量雖然繼續(xù)加大，但變形趨于平緩，此后以穩(wěn)定的速率發(fā)展。開(kāi)挖完成后，變形并沒(méi)有即時(shí)收斂，這是因?yàn)閺幕娱_(kāi)挖到開(kāi)挖完成乃至建筑物建成后土壓力一直隨時(shí)間而變化。開(kāi)挖完成后，由于底板沒(méi)有及時(shí)澆筑，暴露的時(shí)間將近2個(gè)月，在這段時(shí)間內(nèi)，土體的流變性表現(xiàn)比較明顯。由于土體流變是一個(gè)緩慢的過(guò)程，因此其內(nèi)力的增加也是一個(gè)緩慢、持續(xù)的過(guò)程。內(nèi)力的增加將導(dǎo)致變形的增加，故基坑開(kāi)挖完成后應(yīng)盡早澆筑底板，進(jìn)行地下室的施工。

圖2 頂部沉降(s)—時(shí)間(t)關(guān)系曲線圖

(2)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移結(jié)果分析。

支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移過(guò)大將導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)破壞、失穩(wěn)乃至對(duì)周圍建筑物、市政設(shè)施以及地下管線造成破壞。因此，對(duì)水平位移的監(jiān)測(cè)成為基坑工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，我們?cè)?2個(gè)頂部水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)中選取了6個(gè)，取基坑西南角的頂部水平位移結(jié)果繪制出時(shí)間位移曲線(圖3)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間與(1)相同。由圖3可知：土體水平位移沿基坑周邊的分布并不均勻。隨著基坑的開(kāi)挖，基坑周圍的土體產(chǎn)生較大的水平位移，30 d后水平位移曲線變得比較平緩，說(shuō)明開(kāi)挖過(guò)程中土體受擾動(dòng)大。開(kāi)挖完成后，支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的受力趨于穩(wěn)定，故位移緩慢穩(wěn)定地增長(zhǎng)。但是，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，變形速率呈上升態(tài)勢(shì)，說(shuō)明土體流變效應(yīng)逐漸表現(xiàn)明顯。許多資料表明：支護(hù)結(jié)構(gòu)的大變形均發(fā)生在底板混凝土澆筑前，地下室混凝土底板澆筑完成后變形一般趨于穩(wěn)定，不再增長(zhǎng)[3]。根據(jù)流變學(xué)原理，開(kāi)挖是土體卸載的過(guò)程，而土體蠕變呈現(xiàn)出的典型曲線首先是瞬時(shí)彈性變形和瞬時(shí)塑性變形，開(kāi)挖過(guò)程中的變形主要是這兩者的體現(xiàn)，然后曲線表征土體處于粘性流動(dòng)狀態(tài)，反映為基坑變形的滯后效應(yīng)。如果應(yīng)力足夠大而使土體處于穩(wěn)定蠕變階段，那么，變形將緩慢發(fā)展，而變形發(fā)展到一定階段往往會(huì)導(dǎo)致蠕變破壞。因此，應(yīng)減少無(wú)支撐暴露的時(shí)間，加快底板混凝土的澆筑，防止因土體流變而產(chǎn)生過(guò)大的位移[4]。

圖3 頂部水平位移(s)—時(shí)間(t)關(guān)系曲線圖

4 結(jié)論及建議

(1)基坑一旦開(kāi)挖，支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形都會(huì)不斷變化。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并掌握施工動(dòng)態(tài)、分析變形、指導(dǎo)后續(xù)施工，使其向有利的方向發(fā)展非常重要。

(2)土體開(kāi)挖對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形具有較大的影響，開(kāi)挖過(guò)程中變形較大，開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿能有效地控制變形。

[1] 劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 江正榮.建筑地基與基礎(chǔ)工程施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[3] 林宗元.巖土工程治理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[4] 李 俊,張小平.某基杭位移、沉降和內(nèi)力實(shí)測(cè)結(jié)果及預(yù)警值討論[J].巖土力學(xué),2008,29(4):1045—1052.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-10

方成名(1966-)，男，重慶云陽(yáng)人，分局黨委書(shū)記兼副分局長(zhǎng)，高級(jí)工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

蘇 波(1989-)，男，四川綿陽(yáng)人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

鄧樹(shù)密(1971-)，男，四川廣安人，基礎(chǔ)工程分局總工程師，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水利水電、工業(yè)與民用建筑工程工程施工技術(shù)與管理工作.

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1001-2184(2016)06-0092-03