軟土地區(qū)某高校學(xué)科樓基坑監(jiān)測研究

劉強

（上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司,上海市 200025）

軟土地區(qū)某高校學(xué)科樓基坑監(jiān)測研究

劉強

（上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司,上海市 200025）

基坑工程是一個復(fù)雜的多學(xué)科交叉的課題,尤其在上海等軟土地區(qū),基坑實施風險較大,再加上高校校區(qū)建設(shè)特有的周邊條件,不可避免地需要解決一系列基坑相關(guān)問題?；诰哂懈咝Ｐ@環(huán)境、開挖深度較深、軟土地質(zhì)較差等特點的上海某高校一交叉學(xué)科樓基坑項目,針對性地進行了監(jiān)測設(shè)計與實施。結(jié)果表明,各項指標未超報警值,從監(jiān)測的數(shù)據(jù)總體來看在可控制范圍內(nèi),圍護結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,無重大險情出現(xiàn),采用其圍護設(shè)計方案是可靠有效的。

軟土地區(qū)；高校教學(xué)樓；基坑；監(jiān)測

0 引言

基坑工程是一個既十分古老又時刻更新具有時代特點的傳統(tǒng)巖土工程課題[1],基坑圍護（如木樁圍護、放坡開挖等）的實施甚至可以追溯到遠古時代。近十年來,在我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長的形勢下,全國工程建設(shè)亦突飛猛進,基坑工程越來越多,對基坑工程的要求越來越高,隨之出現(xiàn)的問題也越來越多,這給建筑施工特別是如高校學(xué)科樓項目等城市中心區(qū)的建筑施工帶來了較大的困難[2-3]。

通過開展監(jiān)測設(shè)計與實施,可以及時識別基坑項目建設(shè)中可能引發(fā)的風險,基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析其影響程度,可提出對應(yīng)的風險防范化解措施和建議,并預(yù)判措施后的風險等級,從源頭上動態(tài)防范化解基坑項目風險[4-6]。

上海作為長三角的主要經(jīng)濟中心,具有顯著的“三高一低”特點,場地地貌單元屬濱海平原,地貌形態(tài)相對單一,地層主要由飽和黏性土、黏性土及砂土組成,具水平層理,地質(zhì)條件非常差。某高校學(xué)科樓基坑工程就是其中的典型,既具有普遍的代表性,又具有高校校園環(huán)境等特點,因此對該基坑的監(jiān)測設(shè)計實施進行研究,對以后上海乃至濱海濱河軟土地區(qū)的基坑項目實施具有較高的參考價值。

1 工程概況

某高校學(xué)科樓項目,主要作為大數(shù)據(jù)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院和數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的科研辦公場所,分為西區(qū)和東區(qū)兩棟樓。地上5層地下1層,建筑總高度23.6 m。總建筑面積為3.2萬m2,地上總建筑面積2.5萬m2,地下總建筑面積為0.7萬m2。該工程±0.00 m相當于絕對標高4.800 m。

該工程基坑普遍挖深約5.3 m,雖然基坑工程安全等級及環(huán)境保護等級為三級,但考慮到位于高校校園,為確保師生安全及避免可能產(chǎn)生的社會穩(wěn)定風險,基坑設(shè)計施工需要確保非常安全。圍護結(jié)構(gòu)采用一排850@600三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700×300×13×20型鋼的圍護形式,攪拌樁有效長度14.3 m,型鋼有效長度為15.0 m,型鋼采用插一跳一的形式。貼邊深坑區(qū)域坑內(nèi)采用雙軸攪拌樁加固,樁長4.0 m,壓密注漿封底。支撐體系在豎向設(shè)置一道鋼管支撐,支撐平面布置為對撐+角撐的形式（見圖1）。圈梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),截面尺寸1 200×700,混凝土強度等級C30,支撐采用609×16鋼管,聯(lián)系桿采用H488×300× 11×18型鋼。

基坑施工期間需要設(shè)置立柱來承受水平支撐及其上的豎向荷載,立柱采用H488×300×11×18型鋼,長度15.0 m。鋼立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需設(shè)置止水片。該工程基坑降水共需設(shè)置12套輕型井點,開挖前降水至坑底以下0.7 m。

該項目基坑開挖面積大,設(shè)一層地下室,開挖深度5.3～6.6 m,形狀呈梯形,總基坑面積達7 680 m2,結(jié)合底板后澆帶進行分區(qū)施工,整個基坑的圍護結(jié)構(gòu)在保證安全的前提下,盡可能方便施工。

圖1 基坑分區(qū)平面示意圖

2 周邊環(huán)境

該工程項目周邊環(huán)境較為復(fù)雜,北側(cè)為經(jīng)三路,南側(cè)為經(jīng)四路,東側(cè)緯二路,西側(cè)緯三路。道路上分布有污水、雨水、路燈等管線。部分管線在基坑開挖影響范圍以內(nèi)。

其余環(huán)境分別描述如下（見圖2）:北側(cè)為校內(nèi)已建經(jīng)三路和校內(nèi)空地,場地內(nèi)均為雜草；南側(cè)為校內(nèi)已建經(jīng)四路和校內(nèi)綠化場地,場地內(nèi)均為綠化草皮；東側(cè)為已建緯二路和在建環(huán)境科學(xué)樓,緯二路兩側(cè)分別有DN300污水管和DN600雨水管,東側(cè)在建建筑已結(jié)構(gòu)封頂,距離該工程基坑邊約50 m；西側(cè)在建建筑正在打樁施工,距離該工程基坑邊約50 m。

圖2 周邊環(huán)境實景圖

3 監(jiān)測項目及測點布設(shè)

3.1 監(jiān)測項目

基坑開挖施工的基本特點是變形的時空效應(yīng)。在進行基坑開挖及支護施工過程中,每個分步開挖的空間幾何尺寸和開挖部分的無支撐暴露時間,都與圍護結(jié)構(gòu)、土體位移等存在較強的相關(guān)性。這就是基坑開挖中經(jīng)常運用的時空效應(yīng)規(guī)律。做好監(jiān)測工作可以可靠而合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的潛力,從而達到保護環(huán)境、最大限度保護相關(guān)方面利益的目的。

根據(jù)該工程的設(shè)計要求、周圍環(huán)境、基坑本身的特點及相關(guān)工程經(jīng)驗,按照安全、經(jīng)濟、合理的原則,測點布置主要選擇在3倍基坑開挖深度范圍內(nèi)布點。

該工程監(jiān)測內(nèi)容主要包括兩大類:

（1）基坑圍護結(jié)構(gòu)體系監(jiān)測

圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移、垂直位移監(jiān)測；圍護體深層側(cè)向變形（測斜）監(jiān)測；支撐軸力監(jiān)測；立柱垂直位移監(jiān)測；地表垂直位移監(jiān)測；坑外水位監(jiān)測。

（2）周邊環(huán)境監(jiān)測

地下綜合管線垂直位移監(jiān)測；圍墻垂直位移監(jiān)測。

3.2 測點布設(shè)

各監(jiān)測項目的測點布設(shè)位置及密度應(yīng)與樁基施工、圍護施工的區(qū)域、圍護結(jié)構(gòu)類型、基坑開挖順序、被保護對象的位置及特性相匹配,同時參照圍護結(jié)構(gòu)位置、形式等參數(shù)進行測點布置,同時也注意了斷面的布設(shè),主要為了解變形的范圍、幅度、方向,從而對基坑變形信息有一個清楚全面的認識,為圍護結(jié)構(gòu)體系和基坑環(huán)境安全提供全面、準確、及時的監(jiān)測信息。

設(shè)計各監(jiān)測項目布點情況如下:

（1）垂直及水平位移測點設(shè)置共用點,采用圍護樁（或頂圈梁）內(nèi)埋設(shè)沉降標志的方式布設(shè)測點,監(jiān)測點布設(shè)間距20 m。

（2）SMW工法樁的基坑圍護側(cè)向位移變形（即為測斜）測斜管應(yīng)隨基坑圍護同步埋設(shè)。將測斜管用束節(jié)逐節(jié)連接一起,連接時管口對齊,管與管連接口應(yīng)涂上PVC膠水,在束節(jié)4個方向用自攻螺絲固緊束節(jié)與測斜管,每個束節(jié)接頭兩端用防水膠布包扎,防止水泥漿滲入管內(nèi)。

（3）坑外地表沉降剖面監(jiān)測點按設(shè)計位置用鋼筋布設(shè)在原狀土內(nèi),遇到路面等,應(yīng)將結(jié)構(gòu)層打穿再布設(shè),確保監(jiān)測點隨周邊的土體同步變形。

（4）坑外潛水水位監(jiān)測點布設(shè)擬在基坑周圍一定范圍內(nèi)布置潛水水位觀測孔,具體位置可能會視地下障礙物分布情況適當調(diào)整。

（5）對各類地下管線的監(jiān)測點應(yīng)盡可能采用直接監(jiān)測點對其進行監(jiān)測,在現(xiàn)場條件受限制的時候也應(yīng)采用設(shè)置模擬監(jiān)測點對其監(jiān)測。

綜上所述,對布設(shè)的各類監(jiān)測元件情況及數(shù)量進行統(tǒng)計（見表1）。

表1 基坑各類監(jiān)測項目布設(shè)情況統(tǒng)計表

4 監(jiān)測技術(shù)要求

4.1 精度要求

根據(jù)上海市《基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程》（DG/TJ 08-2001-2016）（J 13459-2016）中要求,監(jiān)測不得低于以下指標:

（1）水平位移對中誤差小于±0.5 mm,水平位移測量監(jiān)測點坐標中誤差1.0 mm；

（2）垂直位移監(jiān)測網(wǎng)測站高差中誤差±0.15 mm,監(jiān)測點測站高差中誤差0.15 mm；

（3）振弦類的傳感器感測分辨率不大于0.2%（F.S）,精度為±0.5%（F.S）；

（4）地下水位的觀測精度不應(yīng)低于±1 cm；

（5）測斜儀的系統(tǒng)精度不低于±0.25 mm/m,分辨率不低于±0.2 m/500 mm。

4.2 監(jiān)測頻率

根據(jù)上海市《基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程》（DG/TJ 08-2001-2016）（J 13459-2016）及設(shè)計相關(guān)要求,監(jiān)測工作自始至終要與施工的進度相結(jié)合,監(jiān)測頻率應(yīng)與施工的工況相一致,應(yīng)根據(jù)基坑施工的不同階段合理安排監(jiān)測頻率（見表2）。

表2 各項監(jiān)測項目監(jiān)測頻率表

各監(jiān)測項目的測試及測量頻率,根據(jù)實際的開挖順序和監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況,調(diào)整各監(jiān)測點的實際監(jiān)測項目和監(jiān)測頻率滿足工程要求。

4.3 報警指標

監(jiān)測報警指標一般以累計變化量和變化速率兩個量控制,累計變化量的報警指標一般不宜超過設(shè)計限值。該工程報警指標擬定見表3。

表3 各項監(jiān)測項目報警值

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表4施工工況,該工程監(jiān)測從2016年3月15日開始至2016年10月29日結(jié)束,共計完成監(jiān)測100次。

為了便于直觀分析各監(jiān)測點變化情況,根據(jù)監(jiān)測成果按監(jiān)測項分別分析。

（1）圍護墻頂沉降位移監(jiān)測

該工程在施工期間圍護墻頂沉降變形趨勢比較明顯。其中,基坑挖土期間呈現(xiàn)明顯下降趨勢。底板澆筑完成至回填結(jié)束后各監(jiān)測點逐漸趨于穩(wěn)定,整個監(jiān)測過程中,墻頂垂直位移均未達到報警值。

表4 施工工況匯總一覽表

圍護墻頂沉降累計最大點為WY09,累計量達-10.13 mm。分析其原因,由于此處重型挖土車輛經(jīng)過,加上施工期間雨水較多,雨水的沖刷導(dǎo)致土體的下滑,是造成基坑圍護墻體沉降的主要原因。

（2）圍護墻頂水平位移監(jiān)測

在開挖至底板澆筑階段,各監(jiān)測點均有不同程度向基坑內(nèi)位移,至底板澆筑完成后,隨著基坑底板強度的增加,變形逐步趨于穩(wěn)定。其中,南北兩側(cè)變形較為明顯,由于預(yù)留土的挖除使基坑內(nèi)外應(yīng)力釋放,從而導(dǎo)致圍護體外側(cè)土體向坑內(nèi)位移,在此期間WY7、WY8變形尤為明顯,最大位移量為9.2 mm。至回填結(jié)束后各監(jiān)測點逐漸趨于穩(wěn)定。整個監(jiān)測過程中,墻頂水平位移均未達到報警。

（3）圍護體深層側(cè)向位移（測斜）監(jiān)測

在基坑開挖至底板完成階段,各圍護墻體受坑外土壓力、水壓力等影響普遍向坑內(nèi)位移,最大變形量為31.35 mm,深度約地下7.5 m。隨著地下結(jié)構(gòu)的進一步施工,支撐拆除期間受拆除的影響,各圍護墻體向坑內(nèi)位移,但變形較小,約3 mm。故可以表明,支撐拆除對圍護墻體的影響較小。隨著地下結(jié)構(gòu)施工完畢至監(jiān)測結(jié)束,最終各監(jiān)測孔變形逐步趨于穩(wěn)定。

（4）坑外水位監(jiān)測

施工期間,隨著基坑內(nèi)土體的挖出,坑外地下淺層水位呈現(xiàn)出明顯的下降波動趨勢,但波動幅度均在控制范圍內(nèi),未出現(xiàn)明顯的下降及報警情況。證明基坑圍護結(jié)構(gòu)止水帷幕在該工程中發(fā)揮了良好的止水效果。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,坑外水位累計最大值為-730 mm,均未達到報警值。

（5）支撐軸力監(jiān)測

在基坑開挖至底板完成階段,各鋼支撐受坑外土壓力、水壓力等影響普遍受力增大,最大值達到1 304.8 kN,未達到報警值。隨著地下結(jié)構(gòu)施工完畢至監(jiān)測結(jié)束,最終各支撐軸力受力情況逐步趨于穩(wěn)定。

（6）周邊地下管線監(jiān)測

周邊地下管線及周邊道路地表在基坑開挖施工期間,均呈現(xiàn)出一定的下降趨勢。尤其在基坑開挖期間,在外圍土體向基坑方向變形的情況下致使周邊鄰近地下管線產(chǎn)生豎向方向的變形趨勢,至底板澆筑完畢最大變形為-8.78 mm?；拥叵陆Y(jié)構(gòu)施工至±0.00,各監(jiān)測點變形逐步趨于穩(wěn)定,在此過程中未發(fā)生險情。

（7）坑外地表沉降監(jiān)測

施工期間,對周邊環(huán)境有不同程度的影響,其中靠近基坑北側(cè)、南側(cè)變形尤為明顯,最大變形值為-4.97～-25.47 mm,均未超過報警值。由此可見該工程圍護結(jié)構(gòu)SMW工法樁擋土結(jié)構(gòu)在該工程基坑施工過程中效果較好,在很大程度上控制了周圍環(huán)境的變形,達到了預(yù)期效果。

（8）基坑立柱垂直位移監(jiān)測

施工期間基坑立柱整體呈現(xiàn)出一定的上抬趨勢,變形速率較小,最大上抬量為8.40 mm。其中基坑挖土期間上抬變形較為明顯。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,施工期間未發(fā)生突變現(xiàn)象,均未達到報警值。

綜上,該項目在基坑施工過程中因坑內(nèi)土體卸載、坑內(nèi)降水等施工活動造成坑外土壓力、水壓力向基坑方向移動,圍護結(jié)構(gòu)變形帶動基坑周圍土體下沉,使周邊環(huán)境及圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的變形。在個別監(jiān)測點速率較大及出現(xiàn)報警后,監(jiān)測方加密監(jiān)測頻率,觀察其變形值及變形速率,施工方優(yōu)化施工工序,從而最大限度地控制了對周邊環(huán)境、地下管線的影響。

在該工程整個監(jiān)測過程中,從監(jiān)測的數(shù)據(jù)總體來看在可控制范圍內(nèi),圍護結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,無重大險情出現(xiàn)。

整個監(jiān)測期間基坑未發(fā)生流砂、滲漏、拱起及坍塌等異?，F(xiàn)象,監(jiān)測人員通過及時監(jiān)測基坑形變和巡視周邊環(huán)境的變化,將信息反饋給相關(guān)單位,確保了人身、基坑及周邊環(huán)境的安全,保證了各項工作順利進行。

6 結(jié) 語

本文依托上海軟土地區(qū)某高校學(xué)科樓基坑項目,針對其位于高校校園內(nèi)、地質(zhì)條件差等情況,針對性地進行了監(jiān)測布設(shè)與實施。監(jiān)測過程中及時反饋調(diào)整,較好地解決了高要求下軟土基坑的建設(shè)難點。工程實踐表明,基于監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)軟土地區(qū)基坑實施合理可靠,可以為類似工程提供參考。

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TU7

B

1009-7716（2017）07-0303-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.091

2017-03-07

劉強（1987-）,安徽安慶人,助理工程師,主要從事房建項目管理工作。