深圳前海某深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與分析

劉 動(dòng)

(1.深圳市巖土綜合勘察設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 深圳 518172；2.深圳市龍崗地質(zhì)勘查局， 廣東 深圳 518172)

地下空間的開發(fā)和利用導(dǎo)致建筑、市政工程領(lǐng)域中出現(xiàn)越來越多的深基坑工程，同時(shí)基坑越來越深、周邊環(huán)境越來越復(fù)雜，并伴隨著地質(zhì)條件的不確定性，導(dǎo)致深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)越來越高，容易出現(xiàn)重大工程事故。除了采取安全可靠的支護(hù)設(shè)計(jì)方案、嚴(yán)格控制施工質(zhì)量之外，通過實(shí)施科學(xué)合理的基坑監(jiān)測(cè)方案，建立及時(shí)有效的預(yù)警反饋機(jī)制，也是降低基坑支護(hù)施工風(fēng)險(xiǎn)、保證基坑安全運(yùn)行的有效措施。目前，結(jié)合具體工程實(shí)例，分析深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，學(xué)者們總結(jié)規(guī)律、處理險(xiǎn)情，取得了許多有益的成果[1-12]。丁智等[13]對(duì)杭州地鐵附近一深基坑開挖進(jìn)行了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)得出對(duì)深基坑設(shè)計(jì)和施工具有參考價(jià)值的建議。王杰光等[14]針對(duì)某地鐵車站深基坑，重點(diǎn)分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平及沉降變形規(guī)律，并為后續(xù)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)化建議。文建鵬等[15]通過對(duì)珠海某內(nèi)支撐式深基坑進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)分析，揭示了監(jiān)測(cè)對(duì)象在開挖過程中的變形發(fā)展規(guī)律，保證了基坑的安全穩(wěn)定。本研究的背景是深圳前海軟土地區(qū)某超深基坑，開挖深度20.0 m～23.7 m，坑壁淤泥層最厚有14.7 m，基坑開挖過程中有數(shù)次監(jiān)測(cè)預(yù)警，針對(duì)如此復(fù)雜地質(zhì)條件下的深基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，國(guó)內(nèi)外鮮有相關(guān)的先例及經(jīng)驗(yàn)。

本文結(jié)合深圳前海地區(qū)某超深基坑支護(hù)工程，介紹了濱海深厚淤泥地層條件下深基坑監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移、沉降、支撐軸力、立柱沉降及地下水位等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行深入分析，揭示了監(jiān)測(cè)對(duì)象在整個(gè)開挖過程中的變化規(guī)律，并針對(duì)監(jiān)測(cè)過程中的數(shù)次險(xiǎn)情提供了處理建議，以供類似工程參考。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)前海地區(qū)，占地面積約2 700 m2，地上為26層建筑，4層地下室，地上建筑采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，基坑南側(cè)和西側(cè)為住宅小區(qū)，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，其余兩側(cè)為市政道路，道路下鋪設(shè)有大量市政管線。本基坑項(xiàng)目坑壁地層主要為雜填土、淤泥、黏土層，坑底主要為含黏土砂、礫質(zhì)黏性土以及下伏花崗巖，各地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目基坑采用順做法施工，受用地紅線及周邊環(huán)境限制，除頂部可進(jìn)行適當(dāng)放坡處理外，其他支護(hù)結(jié)構(gòu)不能進(jìn)入隔壁地塊，因此錨索施工受到限制，最終的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選擇了支護(hù)樁+混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)形式，支護(hù)結(jié)構(gòu)的典型剖面如圖1所示。

圖1典型支護(hù)剖面圖

主要的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：(1) 基坑開挖深度20.0 m～23.7 m，開挖范圍內(nèi)存在較厚的軟弱土層，周邊環(huán)境復(fù)雜，破壞后果嚴(yán)重，結(jié)合規(guī)范，基坑支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)；(2) 基坑支護(hù)采用支護(hù)樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，支護(hù)樁采用旋挖灌注樁，樁徑1.5 m，樁間距1.8 m，樁長(zhǎng)根據(jù)各剖面地質(zhì)情況有所不同，從上至下設(shè)置四道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，內(nèi)支撐以角撐布置為主；(3) 立柱樁下部采用直徑1.2 m的混凝土灌注樁，上部插入直徑0.7 m，壁厚0.01 m的鋼管，鋼管內(nèi)同時(shí)灌入混凝土以形成支護(hù)體系；(4) 考慮場(chǎng)地地質(zhì)條件及安全經(jīng)濟(jì)的原則，采用樁間單管旋噴樁作為止水帷幕，旋噴樁直徑0.6 m，進(jìn)入砂層至少1.0 m以達(dá)到止水效果。

2 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

本項(xiàng)目基坑設(shè)置的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目具體詳見表2，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布及位置詳見監(jiān)測(cè)平面圖(見圖2)。

表2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表

圖2監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

2.2 監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警值設(shè)置

監(jiān)測(cè)頻率和監(jiān)測(cè)報(bào)警值是基坑監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)能系統(tǒng)反應(yīng)出監(jiān)測(cè)對(duì)象所測(cè)項(xiàng)目的重要變化過程，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及相關(guān)規(guī)范并結(jié)合基坑類別、不同施工階段以及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)綜合確定。監(jiān)測(cè)預(yù)警值應(yīng)滿足基坑工程設(shè)計(jì)及周邊環(huán)境中重要建(構(gòu))筑物的控制要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求結(jié)合基坑安全等級(jí)、周邊環(huán)境要求確定。本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率和預(yù)警值如表3和表4所示。

表3 監(jiān)測(cè)頻率表

表4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目累計(jì)值

注：監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化速率達(dá)到表中規(guī)定值或連續(xù)三天超過累計(jì)值的80%應(yīng)報(bào)警。

2.3 監(jiān)測(cè)工作完成情況

本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目自2012年12月進(jìn)場(chǎng)，2013年1月開始開挖土方，2013年10月開挖到基坑底，2013年11月底開始拆撐進(jìn)行地下室施工，到2014年5月基坑回填完畢結(jié)束，監(jiān)測(cè)時(shí)間共18個(gè)月，基坑共監(jiān)測(cè)499次，監(jiān)測(cè)周報(bào)74期，監(jiān)測(cè)期間按照設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)頻率及時(shí)監(jiān)測(cè)，并提交監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)期間，共報(bào)警多次，及時(shí)進(jìn)行了預(yù)警并提供了解決建議。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

3.1 沉降監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目沉降監(jiān)測(cè)共分為地表沉降、支護(hù)樁沉降以及立柱樁沉降三類，選取了典型的幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，其隨時(shí)間的主要變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降隨時(shí)間的變化曲線

地表沉降主要發(fā)生在土方開挖期間，基坑開挖至基坑底后，沉降變形趨于穩(wěn)定。本項(xiàng)目地表沉降變形監(jiān)測(cè)值均較大，沉降最大點(diǎn)發(fā)生基坑西北側(cè)，累計(jì)沉降量為61.2 mm，而原設(shè)計(jì)地表沉降允許值為±50 mm，報(bào)警值為±40 mm，監(jiān)測(cè)期間數(shù)次出現(xiàn)報(bào)警，經(jīng)分析，主要是場(chǎng)地內(nèi)存有深厚的淤泥，基坑開挖深度較大，雖有止水帷幕措施，但開挖期間不可避免的出現(xiàn)基坑頂部的地表沉降，鑒于基坑周邊距離既有建筑物有一定距離，且建筑物為樁基礎(chǔ)形式，后經(jīng)設(shè)計(jì)變更將地表沉降允許值調(diào)整為±80 mm，報(bào)警值調(diào)整為±64 mm，后未出現(xiàn)異常情況。建議類似分布有深厚填土及淤泥的場(chǎng)地，如周邊無重要建筑物，可適當(dāng)放寬地表沉降允許值，但若基坑頂存有淺基礎(chǔ)建筑物或其它對(duì)沉降敏感的建筑物，應(yīng)充分考慮到基坑開挖期間將出現(xiàn)的地表沉降問題，以做好應(yīng)對(duì)措施。

本項(xiàng)目支護(hù)樁及立柱樁沉降監(jiān)測(cè)值均較小，支護(hù)樁累計(jì)沉降量最大為8.1 mm，立柱樁累計(jì)沉降量在10.9 mm～15.9 mm之間，均未超過報(bào)警值。

3.2 水平位移監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目水平位移監(jiān)測(cè)主要分為支護(hù)樁頂部水平位移監(jiān)測(cè)以及樁體深層水平位移(測(cè)斜)監(jiān)測(cè)兩類，選取了典型的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，其中，樁頂水平位移隨時(shí)間的變形曲線如圖4所示，樁體深層水平位移的典型變化曲線如圖5所示。

圖4 樁頂水平位移隨時(shí)間的變化曲線

圖5典型樁體深層水平位移隨時(shí)間的變化曲線

通過圖4可以發(fā)現(xiàn)，樁頂水平位移主要發(fā)生在土方開挖期間，基坑開挖到底后，變形逐漸趨于穩(wěn)定。對(duì)比各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移值，發(fā)現(xiàn)基坑西側(cè)、北側(cè)水平位移較大，其他側(cè)位移較小，經(jīng)分析，主要是由于西北兩側(cè)地質(zhì)情況較差所致。原設(shè)計(jì)樁頂水平位移允許值為±30 mm，報(bào)警值為±24 mm，在基坑開挖到底時(shí)，西側(cè)有兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)值達(dá)到39.7 mm和32.5 mm，北側(cè)有一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)值達(dá)到35.4 mm，進(jìn)行預(yù)警后分析認(rèn)為，個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移累計(jì)值雖超過允許值，但根據(jù)其變化趨勢(shì)已較為穩(wěn)定，基坑開挖到底后變形預(yù)計(jì)不會(huì)再繼續(xù)發(fā)展，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡查以及其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，認(rèn)為基坑整體處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，后設(shè)計(jì)變更將允許累計(jì)值調(diào)整為40 mm，后期底板施工完畢后、拆撐及回填期間，經(jīng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)，水平位移未出現(xiàn)繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。建議類似深基坑項(xiàng)目，施工應(yīng)嚴(yán)格按照工序有序進(jìn)行，土方開挖速度不可過快，并盡量減少基坑暴露時(shí)間，開挖到基底后應(yīng)加密監(jiān)測(cè)頻率、及時(shí)反饋?zhàn)冃涡畔ⅲ?yīng)盡快施工底板以封閉坑底。

根據(jù)圖5可知，樁體的深層水平位移變化主要發(fā)生在土方開挖過程中，土方停止開挖及地下室施工期間測(cè)斜變化值較小。深層水平位移在樁體的最上部的幾米范圍內(nèi)出現(xiàn)向坑外發(fā)展的趨勢(shì)，這可能與支護(hù)樁頂部存在放坡卸載以及行車荷載的原因造成。在樁體的中下部，深層水平位移向基坑內(nèi)發(fā)展，隨著深度加深，水平位移逐漸變大，在接近基坑底的位置，即接近樁身的三分之二深度處，深層水平位移達(dá)到最大值，隨著深度繼續(xù)加深，深層水平位移逐漸減小。各深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化值均較小，未出現(xiàn)超過報(bào)警值的情況，測(cè)斜曲線也較為平滑未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。

3.3 支撐軸力監(jiān)測(cè)

選取典型的支撐軸力隨時(shí)間的變化曲線如圖6所示，第一道支撐施工后，2013年1月份開始土方開挖，該層支撐軸力迅速增加，2月份第二道支撐澆筑完成，首層支撐軸力達(dá)到最大值，隨后第二道支撐的軸力開始迅速增加，首層支撐軸力開始逐漸減小，隨后一直保持一個(gè)較小的數(shù)值。第二、第三道支撐軸力隨著土方開挖都迅速增加，第二道支撐軸力一直保持在10 000 kN左右，第三道支撐軸力達(dá)到13 000 kN左右，其后在工作狀態(tài)一直保持較高的數(shù)值。2013年5月份，第四道支撐施工完畢開始進(jìn)行工作狀態(tài)，其支撐軸力迅速增加至最大值，但在數(shù)值上只有約7 000 kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到第二、第三道支撐軸力的數(shù)值，并且在第四道支撐進(jìn)入工作狀態(tài)后，第二、第三道支撐軸力并沒有出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。2013年11月底開始拆撐工作，支撐軸力的監(jiān)測(cè)工作繼續(xù)進(jìn)行，一直等到拆撐完畢后結(jié)束。原支撐軸力監(jiān)測(cè)報(bào)警值為累計(jì)到達(dá)12 000 kN后報(bào)警，在基坑?xùn)|北角出現(xiàn)第三道支撐軸力達(dá)到13 000 kN后報(bào)警的情況，后結(jié)合其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目經(jīng)分析認(rèn)為，支撐軸力局部出現(xiàn)較大值為正?，F(xiàn)象，要求繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并密切注意其發(fā)展動(dòng)向，后土方開挖到底后支撐軸力未出現(xiàn)繼續(xù)加大的趨勢(shì)。建議類似深基坑項(xiàng)目在施工至基坑底附近時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)第二、第三道支撐軸力的監(jiān)測(cè)工作，注意巡查支撐表面是否出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象，并可在設(shè)計(jì)階段就采取增加第二、第三道支撐的截面面積等加強(qiáng)措施，以保障基坑的安全。

3.4 地下水位監(jiān)測(cè)

地下水位沿基坑周邊布置，每邊各布置一點(diǎn)，共4點(diǎn)，圖7為選取的典型地下水位隨時(shí)間的變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)地下水下降主要發(fā)生在土方開挖階段，直至底板澆筑完成后水位逐漸穩(wěn)定，在基坑回填期間，基坑水位回升，累計(jì)水位變化為3 m左右。原設(shè)計(jì)為水位累計(jì)變化2 m后預(yù)警，鑒于基坑周邊離現(xiàn)有建筑物較遠(yuǎn)，且建筑物為樁基礎(chǔ)，后將水位報(bào)警值調(diào)整為3 m，并繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)地下水位的監(jiān)測(cè)工作。值得注意的是，地下水位的下降與地表沉降加大是密切相關(guān)的，兩者一般呈正相關(guān)性，建議類似基坑頂若存有淺基礎(chǔ)建筑物或其它對(duì)沉降敏感的建筑物，應(yīng)充分考慮到基坑開挖期間地下水位下降造成的影響，并采取加強(qiáng)止水帷幕并預(yù)留回灌井等有效措施。

圖6 典型支撐軸力隨時(shí)間的變化曲線

圖7地下水位隨時(shí)間的變化曲線

4 結(jié) 論

(1) 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中地表沉降以及地下水位下降主要發(fā)生在土方開挖期間，基坑開挖至基坑底后，沉降變形和地下水位下降趨于穩(wěn)定。在分布有深厚填土及淤泥的場(chǎng)地，地表沉降以及地下水下降數(shù)值較大，但支護(hù)樁及立柱樁沉降較小，如周邊無重要建筑物，可適當(dāng)放寬地表沉降以及地下水位下降允許值。

(2) 樁頂水平位移在基坑開挖階段迅速增加，基坑開挖到底后，變形逐漸趨于穩(wěn)定。樁體深層水平位移大部分向基坑內(nèi)發(fā)展，隨著深度加深，水平位移逐漸變大，在接近樁身的三分之二深度處，深層水平位移達(dá)到最大值。建議類似深基坑項(xiàng)目，施工應(yīng)嚴(yán)格按照工序有序進(jìn)行，盡量減少基坑暴露時(shí)間，開挖到基底后應(yīng)加密監(jiān)測(cè)頻率、及時(shí)反饋?zhàn)冃涡畔?，并?yīng)盡快施工底板以封閉坑底。

(4) 在施工過程中出現(xiàn)多項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)值超過預(yù)警值的情況，通過及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息、對(duì)比各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及采取加強(qiáng)監(jiān)測(cè)等有效應(yīng)對(duì)措施。