沈陽北站人防工程深基坑支護變形監(jiān)測分析

王學(xué)軍

摘要：本文通過對沈陽北站Ⅰ區(qū)人防工程深基坑的圍護樁頂水平位移、樁側(cè)土壓力、混凝土支撐軸力、臨時立柱樁隆起以及基坑周邊地表沉降、坑外地下水位變化、周邊管線沉降、周圍建筑物沉降的系統(tǒng)監(jiān)測，探討了復(fù)雜條件下基坑開挖期間支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的變形規(guī)律。為本地區(qū)同類工程施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深基坑；混凝土內(nèi)支撐；變形；監(jiān)測

中圖分類號：TV551.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）30-0151-04

1工程概況

沈陽北站綜合交通樞紐改擴建工程的地下新建工程主要包括一條人行過街地道和四個新建車庫，以下用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)工程表示四個車庫。本文重點討論Ⅰ區(qū)工程，該工程是地下兩層結(jié)構(gòu)，東側(cè)是友好街，南側(cè)是北站路，南北向?qū)?8.2m，東西向長138.6m，覆土1.5m，埋深12.05m，建筑面積12327.7m²。

2支護設(shè)計概況

在Ⅰ區(qū)基坑北側(cè)和南側(cè)既有一排30年前的直徑0.8m、間距1.8m、樁長12m的人工挖孔圍護樁。Ⅰ區(qū)基坑深12.05m，支撐其圍護結(jié)構(gòu)的是一道混凝土和鉆孔灌注樁?；臃桨冈谥贫〞r充分考慮了既有圍護樁，以既有圍護樁為擋墻，在南北兩側(cè)實施新的圍護樁，大大減少了新做的圍護樁成本。原圍護樁能夠和新施做的圍護樁及混凝土支撐形成一個有機的整體，使原圍護樁頂和東西兩側(cè)新施做圍護樁樁頂平齊，同時澆筑冠梁新舊圍護樁，既有圍護樁和新做的圍護樁可形成一個完整的冠梁結(jié)構(gòu)?；拥牡谝坏乐挝挥谕粯烁?，在冠梁上支撐南北兩側(cè)，在腰梁上支撐東西兩側(cè)。圍護樁采用直徑1m、間距1.5m鉆孔灌注樁，局部樁徑1.2m。臨時立柱采用四根L610mm×12mm角鋼焊接的格構(gòu)性，臨時立柱樁直徑0.85m，有效樁長15m。基坑圍護樁平面布置如圖1所示。

3基坑監(jiān)測方案

3.1基坑監(jiān)測項目

基坑的監(jiān)測包括：圍護樁頂水平及豎向位移；坑外側(cè)向土壓力，立柱樁沉降監(jiān)測；基坑周邊地表沉降。周邊環(huán)境監(jiān)測包括：周邊建筑物沉降；周邊建筑、地表裂縫觀測等。

3.2基坑監(jiān)測方案

本工程參考《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》進行監(jiān)測點的布置和設(shè)置，如圖2所示。

4監(jiān)測結(jié)果分析

4.1樁頂水平位移分析

基坑圍護樁頂監(jiān)測是從冠梁澆筑完開始，基坑己開挖2m（部分4m），累計監(jiān)測54d，最終沉降量見表1。從表1監(jiān)測值可知，基坑中部位置附近的基坑各邊圍護樁位移最大，水平位移較小的是基坑四角，其中水平位移最小的是D₁，僅有8.78mm。

隨時間變化基坑四側(cè)圍護樁樁頂位移關(guān)系曲線如圖3-圖6所示。

水平位移較大的是基坑?xùn)|側(cè)各測點，因為這些測點處于時代廣場酒店，該酒店地下2層、地上25層，距離基坑?xùn)|側(cè)5.45m，嚴重影響了這一側(cè)圍護樁頂?shù)乃轿灰?，說明基坑臨近建筑物對圍護樁頂水平位移的影響比車輛荷載大。

基坑南北兩側(cè)水平位移較小，最大值為17.3mm，最小值為8.78mm。南北兩側(cè)舊樁對限制基坑的變形起到的一定的作用。水平位移在基坑開挖初期相對較小，但在布置第一道支撐的開挖中期，其位移相對較大。混凝土支撐布置后，幾乎不會對圍護樁頂位移產(chǎn)生影響，即支護結(jié)構(gòu)十分有效。同時在3月到4月中旬基坑各個監(jiān)測點之間的變化速率相對較大，究其原因發(fā)現(xiàn)這段時間正好是沈陽地區(qū)氣候回暖的時間，氣溫跨度較大，變化從零下10°左右到零上15。左右之間，由此可知，基坑的變形和氣溫有著直接的關(guān)系，在實際工程中應(yīng)充分重視氣溫因素。

4.2樁側(cè)土壓力分析

選取有代表意義的位置即基坑四側(cè)中點進行研究分析，如圖7-圖10所示。

在基坑開挖期間發(fā)現(xiàn)基坑四周的圍護樁測土壓力存在一定差別，南北側(cè)的壓力明顯小于東西兩側(cè)，其中土壓力變化最大的是E₆，達到15kPa/d，變化速率次之的是E₁₁，這可以說明基坑土壓會受到荷載的作用和影響，且建筑物荷載對土壓力影響較大：基坑開挖前樁側(cè)土壓力增大，隨著基坑開挖土壓力逐漸減小，混凝土支撐施工后，樁側(cè)土壓力逐漸趨于穩(wěn)定，說明混凝土支撐對基坑變形的控制十分有效。

E₃監(jiān)測點突變的原因是其基坑南側(cè)的變電站臨時變更了施工方案，利用鋼管樁對其加強了保護，土壓力會受到擠壓作用的影響，隨著圍護樁的位移土壓力會不斷變小。

4.3臨時立柱樁位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

立柱樁的位移整體呈隆起趨勢.在開挖淺層土體時，變化平緩，隨著開挖深度與挖速度的增加，隆起趨勢開始加劇，直到底板進行澆筑時立柱樁位移逐漸穩(wěn)定。其原因比較復(fù)雜，土體開挖后，坑內(nèi)土體回彈、土體與樁身上部產(chǎn)生摩擦力均可導(dǎo)致立柱樁隆起。ZL₃、ZL₄和ZL₅的位移相對較大，其中ZL₃的位移最大，底板澆筑后穩(wěn)定達到28.6mm。ZL₁、ZL₂和ZL₆的位移相對較小，ZL₁監(jiān)測點隆起值最小，穩(wěn)定值為28.6mm。說明基坑中部的立柱樁隆值起大于基坑邊部的立柱樁隆起值，這與基坑坑底隆起是相一致的。（圖11）

4.4周邊地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

基坑周邊地表沉降變化如圖12-圖13所示?；娱_挖初期，周邊地表沉降較大，隨著支護結(jié)構(gòu)的施工完成，沉降逐漸減小并趨于穩(wěn)定?；游鱾?cè)地表在土體開挖和路面荷載的影響下，最大沉降達到11.93mm，基坑南側(cè)最大沉降為10.7mm。通過對比，基坑短邊方向地表沉降大于基坑長邊方向地表沉降。從圖12-圖13可以發(fā)現(xiàn)，在基坑舊圍護樁和新支護結(jié)構(gòu)的保護下，支護結(jié)構(gòu)效果十分明顯。

4.5周圍建筑物沉降監(jiān)測分析

深基坑工程的開挖會引起基坑周邊地表的不均勻沉降，選取時代廣場酒店西側(cè)三個監(jiān)測點即J廣J3以及天順超市北側(cè)三個監(jiān)測點J₆-J₈進行分析。

從圖14可知，隨著基坑開挖深度的增加，周圍建筑物的沉降先增大后減小，最后逐漸穩(wěn)定。在基坑開挖初期，周圍建筑物沉降變化速率較小。時代廣場酒店的最大沉降比天順超市的最大沉降大2.09mm。一是因為時代廣場酒店距離基坑比天順超市近，最近距離為5.45m：二是基坑形狀的影響，基坑的邊長不僅對圍護樁和土體的水平產(chǎn)生影響，對建筑的沉降也會產(chǎn)生影響。

5結(jié)論

①基坑支護結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力均在警戒范圍內(nèi)，且變化小，說明在城市復(fù)雜條件下，排樁一混凝土內(nèi)支撐體系對保護基坑支護結(jié)構(gòu)效果十分顯著；②在基坑開挖過程中，基坑外地下水位變化小，即地下水位的變化對基坑開挖過程中基坑變形的影響小，在周圍建筑物密集區(qū)域的基坑工程可減少地下水位監(jiān)測點，減少監(jiān)測的工作量；③基坑周邊建筑物最大沉降為15.6mm，臨近建筑物的最大沉降較小，且沉降主要發(fā)生在基坑開挖期間，排樁一混凝土內(nèi)支撐支護體系對保護周邊環(huán)境的安全十分有效；④在沈陽地區(qū)，基坑開挖在春季期間，氣溫回升，周圍土體出現(xiàn)凍融，且溫度變化較大，在這一期間應(yīng)加強對基坑變形的監(jiān)測。⑤通過對建筑物沉降進行回歸分析，得到本工程建筑物平均沉降回歸方程：endprint