昆明市某深基坑變形監(jiān)測實例分析

董桂紅，劉有軍，郭海力

(1.云南省建筑科學(xué)研究院， 云南 昆明 650223；2.昆明市建筑工程結(jié)構(gòu)安全和新技術(shù)重點實驗室， 云南 昆明 650223；3.云南省建筑結(jié)構(gòu)與新材料企業(yè)重點實驗室， 云南 昆明 650223)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，大型建筑迅速崛起，城市高層建筑、地鐵工程、市政道路立交橋促使基坑的開挖越來越深[1]。基坑工程是一個綜合性很強的過程，大型建筑的基坑具有開挖面積大、開挖深度深、形狀復(fù)雜、支護(hù)結(jié)構(gòu)多樣性和周邊環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格等特點[2]?；娱_挖過程和支護(hù)都會對土體產(chǎn)生力的作用，使得基坑內(nèi)外的土體從原本的靜止?fàn)顟B(tài)變成了主動土壓力的狀態(tài)，土體中的應(yīng)力重新分布并產(chǎn)生應(yīng)力集中情況從而引起土體的位移，對基坑內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載作用[2]。當(dāng)這種荷載和變形超過可控范圍時就會對基坑以及周邊的結(jié)構(gòu)和部分設(shè)施造成影響，嚴(yán)重時可能會對地下基礎(chǔ)產(chǎn)生破環(huán)作用，造成安全事故[3]。因此，在施工過程中，深基坑的安全問題便成了基礎(chǔ)施工的重中之重。做好深基坑工程的變形監(jiān)測尤為重要[4]。只有通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時有效的整理和準(zhǔn)確分析，才能掌握地表、地下水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐體系的狀態(tài)，了解施工對既有建筑物的影響，確保施工工期和既有建筑的安全。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某工程為3棟高層住宅，位于昆明市盤龍區(qū)東華小區(qū)東側(cè)，昆河鐵路西側(cè)，東華小學(xué)北側(cè)，為原小龍路社區(qū)、東華小區(qū)拆舊建新項目。上部結(jié)構(gòu)為框架剪力墻，兩層地下室，基坑開挖深度為4.05 m～11.10 m?；娱_挖周長約435.20 m?；颖眰?cè)為在建田園路，道路緣石距離基坑垂直開挖線5.1 m，路下共有6條管線。東側(cè)為昆河鐵路，南側(cè)為待施工的舊城改造地塊，西南側(cè)為小學(xué)教學(xué)樓，西北側(cè)為在建幼兒園。基坑測點布置平面示意圖見圖1。

圖1基坑測點布置平面示意圖

1.2 工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件

項目地層主要由人工填土層及第四系沖洪積、沖湖相沉積地層組成?；由疃扔绊懛秶鷥?nèi)土層如下：

①雜填土：以黏性土為主，夾大量碎石、磚塊、混凝土塊等硬雜物及建筑垃圾。層厚0.40 m～2.40 m；②素填土：以可塑狀態(tài)黏性土為主，局部夾薄層粉土，夾少量碎、礫石，局部夾少許腐植物。層厚0.80 m～2.80 m；③粉質(zhì)黏土：可塑狀態(tài)為主，局部夾粉土薄層及少許風(fēng)化礫石。層厚0.80 m～4.10 m；④粉質(zhì)黏土：可塑狀態(tài)為主，含少許腐植物。層厚0.60 m～8.00 m；⑤有機質(zhì)土：軟塑狀態(tài)為主，含較多腐植物。層厚0.40 m～3.80 m；⑥粉質(zhì)黏土：軟塑狀態(tài)，含少許腐殖物，層厚0.90 m～3.10 m；⑦粉土：含少許腐植物及風(fēng)化礫石，層厚0.40 m～3.50 m；⑧圓礫：礫石含量50%～75%，礫徑一般為2 mm～30 mm，層厚0.50 m～8.60 m；⑨粉土：含少量腐植物，局部含5%～10%粒徑2 mm～20 mm中風(fēng)化砂巖、玄武巖礫石，層厚0.40 m～3.50 m。

該場地地下水位較高，勘察期間所量測到的場地內(nèi)穩(wěn)定水位埋深在現(xiàn)地表下0.55 m～2.70 m之間，標(biāo)高介于1 891.17 m～1 894.45 m之間。水位受季節(jié)變化影響，但變化幅度較小，根據(jù)常年區(qū)域水文地質(zhì)資料，水位變幅不超過0.5 m?；娱_挖深度范圍內(nèi)表部不等厚的填土，雜填土層為新近堆填，無蓄水條件，素填土層以黏性土為主，為相對隔水層，僅局部分布少量上層滯水，填土以下為上部相對隔水的粉質(zhì)黏土，其下分布有粉土，圓礫。粉土層賦水性及透水性相對較弱，且總體分布范圍及厚度不大，圓礫層賦水性及透水性極強，分布范圍及厚度較大，為基坑開挖深度范圍內(nèi)的主要含水層。

2 基坑監(jiān)測方案

2.1 基坑支護(hù)方案

根據(jù)工程的開挖深度、基坑面積、基坑工程施工等綜合因素，基坑支護(hù)方式按以下采用：兩層地下室區(qū)域基坑北側(cè)及東側(cè)采用“上部放坡+SMW工法+一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐”的支護(hù)體系，見圖2。

圖2內(nèi)支撐基坑剖面示意圖

基坑西側(cè)由于不具備型鋼回收的條件則采用“上部放坡+長螺旋鉆孔灌注樁+一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐”。一層地下室區(qū)域基坑中段采用“上部放坡+SMW工法+一道Φ609鋼管對撐”；基坑南段(基坑較淺部位)采用“SMW工法懸臂支護(hù)”的支護(hù)體系；南側(cè)采用“噴錨支護(hù)”。兩層地下室區(qū)域及一層地下室區(qū)域(深坑部分)止水方案采用：“SMW工法”，一層地下室區(qū)域(深坑部分)止水方案采用“三軸深攪止水帷幕”。

2.2 監(jiān)測項目

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[5](GB 50497—2009)等相關(guān)規(guī)范要求，按照能夠確保信息化施工、將基坑開挖過程中存在的風(fēng)險降到最低的原則下，確定了經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的監(jiān)測項目：(1) 基坑支護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測；(2) 基坑支護(hù)柱頂豎向位移監(jiān)測；(3) 基坑邊坡頂水平位移監(jiān)測；(4) 基坑邊坡頂豎向位移監(jiān)測；(5) 基坑內(nèi)支撐立柱樁豎向位移監(jiān)測；(6) 基坑內(nèi)支撐內(nèi)力監(jiān)測；(7) 基坑周邊土體深層水平位移監(jiān)測；(8) 基坑周邊地下水位監(jiān)測；(9) 周邊建筑(構(gòu)筑物)、管線及道路監(jiān)測。

2.3 變形監(jiān)測

基坑支護(hù)樁、邊坡和內(nèi)支撐立柱樁頂監(jiān)測點采用后植點的方法，同時可以作為水平位移和豎向位移監(jiān)測點。基坑邊坡頂共計布設(shè)位移監(jiān)測點21個；基坑支護(hù)樁頂共布設(shè)位移監(jiān)測點20個；基坑內(nèi)支撐立柱樁豎向位移監(jiān)測點10個。

2.4 內(nèi)支撐內(nèi)力監(jiān)測

內(nèi)支撐內(nèi)力監(jiān)測點布置于內(nèi)支撐受力較大、易變形的位置。內(nèi)支撐內(nèi)力布置14個監(jiān)測點，每一組內(nèi)置2個鋼筋應(yīng)力計。

2.5 深層水平位移監(jiān)測

基坑周邊土體深層水平位移測斜管長度不宜小于基坑開挖深度的1.5倍，土體深層水平位移分別布設(shè)在基坑四周，每根測斜管長16 m。土體中測斜孔采用鉆孔的方式埋設(shè)，鉆孔完成后，將測斜管的凹槽平行或垂直于基坑邊緣，并將四周用粗沙填實。工程預(yù)計埋設(shè)6個測斜管進(jìn)行監(jiān)測。

2.6 地下水位監(jiān)測

通過對地下水位的監(jiān)測，可以監(jiān)測調(diào)查地下水、滲水與降雨的關(guān)系，確定支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和時間降雨關(guān)系，進(jìn)而分析和判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定變化的情況。本次利用9個回灌井作為水位監(jiān)測點。

2.7 監(jiān)測頻率

從開始開挖至冠梁頂部處時，基坑變形及支撐內(nèi)力每3天監(jiān)測一次；從冠梁頂部開挖基底時，每天監(jiān)測一次；地下室底板澆筑后3天～7天監(jiān)測一次，在內(nèi)支撐拆除階段，每天監(jiān)測1次～2次。在每次工況變化前后各監(jiān)測一次。

地下水位監(jiān)測在水位管設(shè)置完畢、基坑開挖降水前開始進(jìn)行。開挖至冠梁頂部處時，每3天監(jiān)測一次；從冠梁頂部開挖基底時，每天監(jiān)測一次；地下室底板澆筑后3天～7天監(jiān)測一次，在內(nèi)支撐拆除階段，每天觀監(jiān)測1次～2次。

測斜管埋設(shè)完畢至基坑開挖前開始觀測深層水平位移。開挖至冠梁頂部處時，深層水平位移每3天監(jiān)測一次；從冠梁頂部開挖基底時，每天監(jiān)測一次；地下室底板澆筑后3天～7天監(jiān)測一次，在內(nèi)支撐拆除階段，每天觀監(jiān)測一次。在每次工況變化前后個監(jiān)測一次。

當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到報警值或者監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較大或者速率加快等影響基坑及周邊環(huán)境安全的異常情況時，應(yīng)提高監(jiān)測頻率。

2.8 監(jiān)測預(yù)警

根據(jù)項目設(shè)計資料，基坑坡頂豎向位移、冠梁頂部豎向位移、立柱樁豎向位移、地下水位沉降、周邊土體深層水平位移以及支撐內(nèi)力的監(jiān)測報警值計算見表1，基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測報警值見表2。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[5](GB 50497—2009)相關(guān)規(guī)范要求，基坑坡頂水平位移、冠梁頂部水平位移一級監(jiān)測報警值為35 mm，二級為50 mm。

表1 基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測報警值

表2 周邊環(huán)境監(jiān)測報警值

3 監(jiān)測成果分析

通過獲取實時監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行處理、分析，可以準(zhǔn)確判斷基坑的變化趨勢[6]，及時確定相應(yīng)的施工措施，確保施工安全。

3.1 基坑坡頂、冠梁頂部、立柱樁豎向位移

繪制基坑坡頂、冠梁頂部、立柱樁各個測點豎向累積位移與時間的關(guān)系曲線圖，見圖3—圖5。

圖3 坡頂豎向位移S-時間t關(guān)系曲線圖

圖4 冠梁頂部豎向位移S-時間t關(guān)系曲線圖

圖5立柱豎向位移S-時間t關(guān)系曲線圖

由圖3坡頂豎向位移S-時間t關(guān)系曲線圖可知，Z8點的基坑坡頂豎向位移最大累計變化值為10.94 mm，該值出現(xiàn)在第191天的監(jiān)測時間內(nèi)，未達(dá)到設(shè)計報警值。在整個監(jiān)測過程中，各個測點的坡頂豎向位移從整體上呈現(xiàn)出緩慢且穩(wěn)定的增長，Z1點的累積豎向位移在前期開挖的2個月內(nèi)相較其他測點較大，可仍然未超過設(shè)計報警值。

由圖4冠梁頂部豎向位移S-時間t關(guān)系曲線圖可知，冠梁頂部豎向位移在監(jiān)測的第22天開始出現(xiàn)。C16的冠梁頂部豎向位移累積量是監(jiān)測過程中的最大值，最大值為10.45 mm，未超過設(shè)計報警值。各個測點位移時間曲線的發(fā)展趨勢穩(wěn)定，中間未見突變點。

由圖5立柱豎向位移S-時間t關(guān)系曲線圖可知，立柱豎向位移在監(jiān)測的第28天開始出現(xiàn)。基坑開挖初期，土體受主動土壓力和被動土壓力差的強力作用不斷增大。在主動土壓力作用下，立柱底部往基坑內(nèi)部擠壓，產(chǎn)生了向上的力，引起基坑土體回彈，出現(xiàn)立柱向上移的現(xiàn)象[7]。后期基坑底板完成，立柱豎向位移累積量逐漸穩(wěn)定[8]。監(jiān)測過程中立柱豎向位移累積量最大值為17.97 mm，未超過設(shè)計報警值。

3.2 邊坡頂部、冠梁頂部水平位移

繪制基坑坡頂、冠梁頂部各個測點水平累積位移與時間的關(guān)系曲線圖，見圖6—圖7。

圖6 坡頂水平位移L-時間t關(guān)系曲線圖

圖7冠梁頂部水平位移L-時間t關(guān)系曲線圖

由圖6、圖7可知，基坑坡頂、冠梁頂部水平位移L-時間t關(guān)系曲線圖的變化形勢趨于一致。坡頂及冠梁頂部水平位移在監(jiān)測的第28天開始出現(xiàn)，隨著基坑的開挖，土體與冠梁頂部的水平位移逐漸增大。在基坑開挖初期，由于周邊土體的內(nèi)部擠壓作用，測點呈現(xiàn)稍微向基坑內(nèi)側(cè)的變形[9]，內(nèi)支撐施工完畢后，周邊土體的擠壓力的作用點逐漸下移，測點出現(xiàn)向基坑外的變形[10]。在第170天時出現(xiàn)明顯的高峰點，高峰持續(xù)時間非常短，出現(xiàn)后馬上下降，后期已趨于穩(wěn)定。坡頂水平位移最大值發(fā)生在Z8監(jiān)測點，最大值為34.33 mm，未超過設(shè)計報警值。冠梁頂部水平位移累積量最大值發(fā)生在C9監(jiān)測點，最大值為46.83 mm，整個監(jiān)測過程僅出現(xiàn)這一個高峰點，且持續(xù)時間很短，當(dāng)次監(jiān)測的最大變化速率為1.083 mm/d，未超過設(shè)計報警值，可以判斷該高峰點對基坑的影響不大。

3.3 地下水位

繪制地下水位時間關(guān)系曲線圖，見圖8。

圖8地下水位時間變化圖

由時間曲線可得，基坑外地下水位的情況并不穩(wěn)定[11]，在基坑開挖早期，地下水位累積變化值出現(xiàn)一個高峰點，最大值發(fā)生在SW2監(jiān)測點，最大值為1 732 mm，已經(jīng)超出設(shè)計報警值。造成這個現(xiàn)象的原因是施工期間正值雨季，雨水充足，而監(jiān)測點附近有導(dǎo)水管，施工時抽水會影響水位變化[12]。該時段基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形均未超過設(shè)計報警值，且水位最大變化速率也未超過設(shè)計報警值。綜合考慮決定完善混凝土施工方案，確?；炷潦┕さ馁|(zhì)量，加強基坑監(jiān)測頻率，保證底板無裂縫。后期地下水位逐漸得到控制[13]。

3.4 深層水平位移

由于該項監(jiān)測數(shù)據(jù)較為龐大，僅選取CX1測點數(shù)據(jù)繪制時間曲線圖并進(jìn)行分析?；油馔馏w深層水平位移時間變化見圖9。

圖9 CX1深層水平位移時間變化圖

隨著基坑土方開挖以及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，基坑外土體深層水平位移逐漸增大，前期發(fā)展速率快，幅值大，中期隨著內(nèi)支撐的施工完成，深層水平位移穩(wěn)定發(fā)展，整體呈現(xiàn)“V”形發(fā)展，后期平穩(wěn)發(fā)展至逐漸收斂，該變化符合土體孔隙水壓消散的規(guī)律[14]。在整個監(jiān)測過程中，CX1監(jiān)測點8 m深度位置在第131天的基坑外土體深層水平位移累計變化值最大，最大值為27.89 mm，未達(dá)到設(shè)計報警值。

3.5 內(nèi)支撐內(nèi)力

繪制各個測點內(nèi)支撐內(nèi)力累計變化量與時間的關(guān)系曲線圖，見圖10。

圖10內(nèi)支撐內(nèi)力時間變化圖

在整個監(jiān)測過程中，內(nèi)支撐的軸力整體呈現(xiàn)拉應(yīng)力狀態(tài)，在個別時段出現(xiàn)微小的局部壓應(yīng)力，各個測點的發(fā)展?fàn)顩r趨于一致。內(nèi)支撐軸力最大值發(fā)生在G3監(jiān)測點，最大值為24.8 kN，未超過設(shè)計報警值。可見內(nèi)支撐效果良好。

3.6 周邊建筑環(huán)境豎向位移

基坑周邊環(huán)境包括基坑周邊建筑、圍墻、道路、管道、鐵路等。在基坑周邊1倍～3倍基坑深度的范圍內(nèi)周邊建筑布設(shè)28個監(jiān)測點，工地周邊圍墻布設(shè)13個監(jiān)測點。地表監(jiān)測點宜按監(jiān)測剖面設(shè)在基坑中部或其他有代表的位置，監(jiān)測剖面應(yīng)與基坑垂直，每個監(jiān)測剖面上的監(jiān)測點不宜少于5個；周邊道路監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)在易受基坑變形影響的道路上，布設(shè)間距應(yīng)在20 m～30 m為宜。道路豎向位移監(jiān)測點布設(shè)10個；鐵路豎向位移監(jiān)測點布設(shè)8個。繪制最大累計沉降量與時間關(guān)系圖見圖11。

圖11周邊建筑最大累積沉降時間變化圖

由圖11可知，隨著基坑開挖，圍墻沉降累積量逐漸增大，最大沉降累積量為19.2 mm，未超過設(shè)計預(yù)警值。而周邊建筑、道路和管線由于受到基坑開挖引起的卸載作用，在開挖初期表現(xiàn)出隆起和沉降的現(xiàn)象，后期平穩(wěn)增長[15]。周邊建筑最大沉降累積量為12.32 mm，道路最大沉降累積量為12.63 mm，管線最大沉降累積量為9.32 mm，均未超過設(shè)計預(yù)警值。

4 結(jié) 論

文章通過對昆明市某內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

(1) 基坑坡頂、冠梁頂部豎向位移累積量整體呈現(xiàn)平穩(wěn)的增長趨勢。立柱底部受基坑土體擠壓，產(chǎn)生了向上的力，引起基坑土體回彈，出現(xiàn)立柱向上移的現(xiàn)象。

(2) 基坑坡頂、冠梁頂部水平位移隨時間變化形勢相似。隨著基坑的開挖，土體與冠梁頂部的水平位移逐漸增大。

(3) 基坑外地下水位發(fā)展情況并不穩(wěn)定，地下水位累積變化值出現(xiàn)區(qū)間高峰點，已經(jīng)超出設(shè)計報警值。

(4) 基坑外土體深層水平位移時間曲線呈現(xiàn)“V”形發(fā)展，早期發(fā)展速率快，后期平穩(wěn)發(fā)展至逐漸收斂，累計變化量未達(dá)到設(shè)計報警值。

(5) 內(nèi)支撐的軸力發(fā)展穩(wěn)定，各個測點的發(fā)展?fàn)顩r趨于一致。累積量未超過設(shè)計報警值。

(6) 周邊圍墻沉降平穩(wěn)增長，周邊建筑、道路以及管線的沉降受基坑開挖的卸載影響，前期表現(xiàn)出隆起和沉降的現(xiàn)象，后期平穩(wěn)增長。各因素沉降累積量均未超過設(shè)計報警值。