珠海某混凝土內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑監(jiān)測與分析

文建鵬，趙笑鵬，姜曉迪.深圳市勘察測繪院有限公司， 廣東 深圳 5808； .上海隧道工程有限公司， 上海 00；.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南 鄭州 45000)

近年來隨著城市建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，土地資源日益稀缺，地下空間的開發(fā)和利用越來越受到重視，隨之而來的基坑工程越挖越深，施工環(huán)境越來越復(fù)雜[1-4]。設(shè)計(jì)科學(xué)的基坑安全監(jiān)測方案，建立合理的報(bào)警反饋機(jī)制，可以有效的規(guī)避施工過程變形過大和過快等風(fēng)險(xiǎn)[5-8]。覃衛(wèi)民等[9]對武漢某小區(qū)深基坑工程進(jìn)行施工監(jiān)測分析，針對工程出現(xiàn)的險(xiǎn)情，及時(shí)反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，施工單位處理及時(shí)、應(yīng)急方法得當(dāng)，保證了基坑工程的安全運(yùn)行。蔣沖等[10]依托深圳平安金融中心深基坑，結(jié)合基坑變形現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立基坑開挖過程中地表沉降預(yù)測模型，成功預(yù)測地表沉降發(fā)展趨勢。本文結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn)[11-13]，以珠海某混凝土內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑為例，介紹了濱海平原場地淤泥質(zhì)土層條件下基坑監(jiān)測方案設(shè)計(jì)，對樁體水平位移、支撐軸力、地表沉降和地下水位變化進(jìn)行分析，總結(jié)監(jiān)測對象在實(shí)際基坑開挖過程的變化規(guī)律，以供類似工程參考。

1 工程概況

珠海某國際大廈項(xiàng)目位于珠海市橫琴十字門中央商務(wù)核心區(qū)，地面層數(shù)為26層，高度為120 m，占地面積約為14 310 m2。高層建筑物擬采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，高層建筑紅線退讓范圍設(shè)五層地下室，地下室坑底總面積約為7 971.2 m2?；游鱾?cè)為一片空地，其余三側(cè)均為市政道路，北側(cè)基坑邊距道路約為10 m，西南側(cè)距道路約為15 m，東北側(cè)距道路約為25 m。

本項(xiàng)目基坑采用樁+混凝土內(nèi)支撐支護(hù)型式，基坑開挖深度約18.6 m。本基坑場地地貌類型屬濱海平原地貌，開挖四周坑壁土層主要為素填土、沖填土(粉細(xì)砂)、淤泥層、粉質(zhì)黏土層；坑底土質(zhì)主要為淤泥層及粉質(zhì)黏土層，各土層物理參數(shù)如表1所示。

表1 各巖土層物理力學(xué)參數(shù)

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本基坑采用樁+混凝土內(nèi)支撐支護(hù)型式，支護(hù)樁采用混凝土灌注樁，樁徑1.2 m，樁間距為1.5 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面如圖1所示。

圖1圍護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面圖

基坑采用順作法施工，基坑豎向共設(shè)置四道鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)，支撐呈對撐角撐布置。鋼筋混凝土支撐及圍檁的混凝土強(qiáng)度等級為C40。

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要材料的選用：(1) 本基坑側(cè)壁安全等級為一級，重要性系數(shù)R=1.10；(2) 本基坑采用樁+混凝土內(nèi)支撐支護(hù)型式，支護(hù)樁采用混凝土灌注樁，樁徑1.2 m，樁間距為1.5 m；(3) 場地已根據(jù)原有設(shè)計(jì)方案開挖5 m左右，已經(jīng)開挖部分采用自然放坡與鋼樁、水泥土攪拌樁、加筋水泥土錨樁聯(lián)合支護(hù)體系。自然放坡段噴射混凝土厚100 mm，面層內(nèi)配置間距200×200鋼筋網(wǎng)。

3 監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測項(xiàng)目

結(jié)合基坑具體的地質(zhì)條件、開挖深度和周邊情況，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[14-15]，確定本基坑監(jiān)測安全等級為一級。基坑監(jiān)測項(xiàng)目和布置如表2和圖2所示。

表2 監(jiān)測項(xiàng)目表

圖2監(jiān)測點(diǎn)位平面布置圖

3.2 監(jiān)測項(xiàng)目報(bào)警值

基坑報(bào)警值和監(jiān)測頻率如表3和表4所示。在監(jiān)測期間遇到異常情況，或日變化量較大時(shí)，應(yīng)提高監(jiān)測頻率。

表3 基坑監(jiān)測報(bào)警值

表4 監(jiān)測頻率要求

4 監(jiān)測結(jié)果與分析

4.1 樁體水平位移

本項(xiàng)目樁體水平位移采用新科Sinco測斜儀測量，測斜儀分辨率為0.02 mm/500 mm，重復(fù)性為±0.01%FS。選取基坑典型截面監(jiān)測點(diǎn)CX1、CX5和CX11測斜結(jié)果，得到樁體水平位移隨時(shí)間變化曲線，如圖3所示(水平位移量“+”表示向基坑內(nèi)位移，“-”表示向基坑外位移)。

圖3 CX1樁體水平位移隨時(shí)間變化曲線

由圖3可知，2016年1月8日測斜點(diǎn)CX1所在截面在土體開挖至第二道支撐開始施工階段，樁體呈現(xiàn)上部位移大下部位移小的特點(diǎn)；1月26日基坑開挖10 m左右，樁體水平位移接近報(bào)警值，達(dá)到40.3 mm，隨后隨著基坑開挖深度的增加，樁體水平位移繼續(xù)增加，最大值所在截面逐漸下降；5月20日基坑開挖至基底，其后隨著土體應(yīng)力釋放和固結(jié)，樁體水平位移緩慢增加，11月8日最終達(dá)到最大值76.7 mm。

測斜點(diǎn)CX5和CX11位于基坑兩側(cè)相對位置，如圖2所示。測斜點(diǎn)CX11所在施工區(qū)域在第一道支撐施工前就開始土方開挖作業(yè)，導(dǎo)致樁體水平位移有較大發(fā)展(見圖4)。2015年12月4日，在第一道支撐施工階段樁體水平位移已超過報(bào)警值，達(dá)到56.1 mm；其后隨著土體開挖，樁體水平位移變化規(guī)律與CX1相似，2016年5月27日CX11樁體水平位移達(dá)到最大值132.9 mm。

圖4 CX11樁體水平位移隨時(shí)間變化曲線

由圖5可知，受測斜點(diǎn)CX11施工及基坑所在土層條件的影響，在2016年1月2日第二道支撐施工前，CX5樁體水平位移有向基坑外側(cè)偏移的趨勢；1月19日隨著基坑繼續(xù)開挖，樁體水平位移開始向內(nèi)側(cè)偏移，其后樁體水平位移變化規(guī)律與CX1相似，但是樁體頂部位移始終偏向基坑內(nèi)側(cè)；10月24日，CX5樁體水平位移達(dá)到最大值44.7 mm，非常接近報(bào)警值。

圖5 CX5樁體水平位移隨時(shí)間變化曲線

樁體水平位移監(jiān)測結(jié)果顯示，多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)都已超過報(bào)警值，最大超過報(bào)警值約3倍。結(jié)合現(xiàn)場巡查發(fā)現(xiàn)，冠梁1-1、2-2剖面交接處出現(xiàn)裂縫；5-5剖面臨近道路出現(xiàn)較大裂縫。建議類似項(xiàng)目施工過程應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案，有序施工，減少基坑暴露時(shí)間，并采取有效措施止水。

4.2 支撐軸力

通過在鋼筋混凝土之內(nèi)埋設(shè)振弦式鋼筋計(jì)，通過測量鋼筋應(yīng)力換算截面支撐軸力。本項(xiàng)目采用JMZX-3001測讀儀測量鋼筋計(jì)讀數(shù)。選取典型測點(diǎn)ZC3和ZC6支撐軸力隨時(shí)間的變化曲線如圖6、圖7所示。

圖6 ZC6混凝土支撐軸力隨時(shí)間變化曲線

由圖6可知，ZC6在混凝土支撐在澆筑完成后，隨著土體開挖，該層支撐軸力迅速增加，直到下一道支撐澆筑完成，軸力接近最大值；2016年5月20日基坑挖至基底時(shí)，ZC6-2和ZC6-3支撐軸力先后超過報(bào)警值25 000 kN，其后隨時(shí)間緩慢增加，逐漸穩(wěn)定，并分別達(dá)到28 000 kN和31 000 kN。ZC6-2和ZC6-3支撐軸力遠(yuǎn)大于其他兩道支撐，說明對于本項(xiàng)目基坑，主要由第二和第三道支撐承擔(dān)來自圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力。

圖7 ZC3混凝土支撐軸力隨時(shí)間變化曲線

由圖7可知，ZC3支撐軸力變化與ZC6相似，ZC3-2和ZC3-3支撐軸力最大值分別達(dá)到27 000 kN和33 000 kN。但是ZC3-1在第二道支撐澆筑完成以后，軸力逐漸降低至5 000 kN，說明在混凝土支撐澆筑和基坑開挖過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力會發(fā)生重新分布，所以對于深大基坑采用混凝土內(nèi)支撐相對于鋼支撐有更好的整體性。

4.3 地表沉降

在基坑周邊布設(shè)地表沉降監(jiān)測點(diǎn)，沿基坑邊緣約30 m設(shè)一個(gè)監(jiān)測斷面，沿監(jiān)測斷面約5 m設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，地表沉降監(jiān)測點(diǎn)采用Leica DNA03電子水準(zhǔn)儀量測。選取基坑西南側(cè)D17—D20測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到地表沉降隨時(shí)間變化規(guī)律如圖8所示。

圖8地表沉降隨時(shí)間變化曲線

由圖8可知，2015年8月至11月(場地根據(jù)原有設(shè)計(jì)方案，采用自然放坡與鋼樁、水泥土攪拌樁、加筋水泥土錨樁聯(lián)合支護(hù)體系，先前開挖約5 m)期間地表沉降逐漸增大，達(dá)到約50 mm，已經(jīng)超過報(bào)警值35 mm；2015年12月至2016年5月基坑開挖至基底，地表沉降持續(xù)迅速增加；5月20日基坑挖至基底后，地表沉降增速放緩；10月4日D19測點(diǎn)沉降達(dá)到最大值201.65 mm。說明在濱海平原場地淤泥土層條件下，基坑開挖對周邊土體變形影響非常大，如不能有效限制基坑側(cè)向變形，將導(dǎo)致基坑周邊地面產(chǎn)生較大的沉降。

圖9為地表沉降各測點(diǎn)沉降值的對比，其中橫坐標(biāo)軸為測點(diǎn)到基坑邊緣的距離。由圖9可知，2015年5月至12月，地表沉降最大值出現(xiàn)在D20和D19，說明此階段基坑開挖對距基坑5 m～10 m范圍內(nèi)地面影響最大；2016年1月至6月，地表沉降最大值出現(xiàn)在D19和D18，說明此階段基坑開挖對距基坑10 m～15 m地面影響最大。由此可知，基坑開挖對地表的影響范圍大約為距基坑邊緣等于開挖深度的區(qū)域，對此區(qū)域內(nèi)的管線和建筑物應(yīng)重點(diǎn)巡查和監(jiān)測。

圖9地表沉降各測點(diǎn)沉降對比

4.4 地下水位

地下水位共設(shè)7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，沿基坑周邊布置，圖10為地下水位隨時(shí)間的變化曲線。由圖10可知，本項(xiàng)目基坑外側(cè)地下水位較不穩(wěn)定，分析認(rèn)為造成這一現(xiàn)象的原因是本項(xiàng)目場地距海邊僅200 m，屬于濱海平原地貌，地下水位波動較大。2015年12月—2016年5月基坑處于開挖階段，由圖10可知，此階段基坑外側(cè)地下水位逐漸下降，其中W3和W4水位下降約5 m，遠(yuǎn)超報(bào)警值。造成這一現(xiàn)象的原因是坑內(nèi)降水，坑外地下水向坑內(nèi)滲入。需要注意的是在本項(xiàng)目中，W3、W4與地表沉降較大的監(jiān)測點(diǎn)D17—D20處于同一區(qū)域，地下水位下降與地表沉降呈正相關(guān)性，說明水位下降也是造成地表沉降的原因。

圖10地下水位隨時(shí)間變化曲線

5 結(jié) 論

本文以珠海某混凝土內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑為例，介紹了濱海平原場地淤泥質(zhì)土層條件下基坑監(jiān)測方案設(shè)計(jì)，通過對樁體水平位移、支撐軸力、地表沉降和地下水位變化的分析，得到以下結(jié)論：

(1) 樁體水平位移在基坑開挖期間發(fā)展迅速，挖至基底后發(fā)展速度放緩，但并未停止，最終樁體水平位移最大值達(dá)到報(bào)警值的三倍?；邮┕み^程應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案有序施工，減少基坑暴露時(shí)間。

(2) 濱海平原場地淤泥土層條件下，基坑開挖對周邊土體變形影響非常大，如不能有效限制基坑側(cè)向變形，將導(dǎo)致基坑周邊地面產(chǎn)生較大的沉降。

(3) 在施工過程中多項(xiàng)監(jiān)測項(xiàng)目超過報(bào)警值，由于基坑監(jiān)測為施工過程及時(shí)提供反饋信息，采取應(yīng)對措施，加之本項(xiàng)目周邊環(huán)境簡單，混凝土內(nèi)撐式支護(hù)形式有較好的整體性，確?；邮┕ぐ踩\(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 陳偉珂,李金玲,張東濤.天津地鐵昆明路站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測研究[J].建筑科學(xué)，2011,27(7):86-89.

[3] 張建全.北京某深基坑工程施工監(jiān)測與成果分析[J].工程勘察,2010,38(2):66-70.

[4] 梁師俊,朱海東,趙 波.城市隧道小間距相鄰深基坑施工監(jiān)測分析[J].施工技術(shù),2016,45(1):103-108.

[5] 馮文濱,吉文來.某地下車庫深基坑監(jiān)測及其成果分析[J].現(xiàn)代測繪,2011,34(4):22-24.

[6] 陳 濤,張 敏,李更召,等.天津某深基坑工程監(jiān)測結(jié)果分析與研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2015，13(3):151-155.

[7] 李蘇春,袁運(yùn)濤.蘇州鳳凰國際書城基坑監(jiān)測分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2013,40(1):129-133.

[8] 宋建學(xué),翟永亮,莫 莉.基于支撐內(nèi)力和支護(hù)樁位移實(shí)測量的m值反演[J].巖土工程學(xué)報(bào),2010,32(S1):156-160.

[9] 覃衛(wèi)民,張照儀,王 浩,等.武漢團(tuán)結(jié)小區(qū)商住樓工程基坑施工監(jiān)測分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2006,28(S1):1830-1833.

[10] 蔣 沖,周科平,胡毅夫.深圳平安金融中心基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,31(S1):3383-3389.

[11] 周 晉.上海某人行地道基坑工程監(jiān)測及數(shù)值模擬研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2016,14(4):206-210.

[12] 丁勇春.軟土地區(qū)深基坑施工引起的變形及控制研究[D].上海：上海交通大學(xué),2009.

[13] 肖武權(quán),冷伍明,律文田.某深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形研究[J].巖土力學(xué),2004(8):1271-1274.

[14] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：GB 50497—2009[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[15] 中華人民共和國建設(shè)部.建筑變形測量規(guī)范：JGJ 8—2007[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.