建筑深基坑復合支護體系監(jiān)測控制分析

李衍航，謝曉沐，林希賢

（深圳市建設工程質(zhì)量檢測中心 深圳518028）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟迅速崛起，城市建設規(guī)模與建筑高度呈幾何式增長，隨之而來的城市地下空間應用也向大體量與深基礎發(fā)展［1］，為確保地下空間的合理利用與施工安全，深基坑全過程控制監(jiān)測成為建筑工程施工過程控制的重要安全保障手段［2］。

深基坑工程監(jiān)測作為一項綜合性監(jiān)測技術(shù)，涉及監(jiān)測種類繁多，細節(jié)性節(jié)點綜合影響因素復雜［3］。20世紀60年代，巖土工程實時監(jiān)測技術(shù)——“觀察法”開始出現(xiàn)［4］，在巖土工程施工過程中起到了良好的安全保障作用［5］，這種方法的出現(xiàn)為基坑工程監(jiān)測提供了有益的思路［6］，20 世紀70年代初，為解決軟黏土基坑變形控制問題，基坑工程首次出現(xiàn)變形控制監(jiān)測儀器［7］，在基坑監(jiān)測中取得較為良好的社會經(jīng)濟效益［8］。自此，在英美等發(fā)達國家，基坑工程過程控制監(jiān)測慢慢普及開來，并相應形成了基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)程［9］。我國基坑控制檢測技術(shù)研究起步較晚，但近年來發(fā)展極為迅速［10］，20 世紀90年代，上海城市化建設大規(guī)模開展，高層建筑與大型基礎設施建設密集開工，為保證建筑安全與基坑施工安全，基坑監(jiān)測技術(shù)開始出現(xiàn)［11］。隨著我國城市建設的發(fā)展，基坑工程監(jiān)測技術(shù)得以迅速發(fā)展［12］，監(jiān)測設備由機械式到電子式［13］，由人工簡單測量到信息化監(jiān)測［14］，各種新型設備層出不窮，促使基坑監(jiān)測質(zhì)量得到了長足的進步［15］。但隨著城市化進程的加快，基于場地巖土性質(zhì)與綜合經(jīng)濟效益考慮，基坑工程支護除傳統(tǒng)放坡開挖形式外，又相繼出現(xiàn)了排樁支護、樁錨支護、土釘墻支護、地下連續(xù)墻等多種支護形式［16］，隨著基坑規(guī)模擴大與城市基坑作業(yè)斷面限制［17，18］，復合支護體系開始出現(xiàn)，傳統(tǒng)基坑監(jiān)測技術(shù)已不能完全滿足現(xiàn)代基坑工程監(jiān)測的需要［19］。

研究基于深圳市某深基坑支護實體工程監(jiān)測控制，綜合考慮場地的地質(zhì)條件，嘗試進行樁錨與雙排樁復合支護體系監(jiān)測控制，利用對基坑頂部、賦存環(huán)境周邊建筑物與道路的水平位移及沉降、立柱樁沉降與支撐軸力、錨索內(nèi)力與地下水位等基坑支護各要素的監(jiān)測數(shù)據(jù)，嘗試提出樁錨與雙排樁復合支護體系相關(guān)監(jiān)測點的布置原則，及監(jiān)測過程主要控制因素，為建筑深基坑的安全與穩(wěn)定提供技術(shù)支撐。

1 工程概況

深圳市某大樓建筑面積約2.7 萬m2，高層主樓建筑高度66 m，副樓建筑高度18 m。整個項目下設3 層整體地下室，其基坑外輪廓（見圖1）呈矩形，基坑周長約265 m，深度為12.4～13 m。

圖1 基坑平面Fig.1 Plane of Foundation Pit

擬建場地范圍內(nèi)影響基坑支護的地層為3 層，其自上而下分別為：人工填土層（Qml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系殘積層（Qel），巖土特性如表1 所示。

表1 擬建場地巖土性質(zhì)參數(shù)Tab.1 Geotechnical Parameters of the Site

由于場地狹窄，無自然放坡空間且周邊環(huán)境復雜，地下管線眾多，設計支護在不同區(qū)段分別采用“排樁（咬合樁）+預應力錨索”或“雙排樁”支護（見圖1），其中，ABCD段、JKL段、LMA段均采用咬合樁+ 4 道預應力錨索支護止水，DEF段、FG段、GHJ段均采用雙排支護灌注樁+三重管旋噴樁支護止水?；庸こ桃Ш蠘吨鳂稙殇摻罨炷翗叮鼗炷翗蹲鳛檩o樁與主樁進行咬合搭接，共同形成相應的止水帷幕與支護承力結(jié)構(gòu)，對于雙排樁部位，在相鄰灌注樁之間設置1根三重管旋噴樁，支護灌注樁與旋噴樁溝通形成止水帷幕。

2 基坑監(jiān)測方案

針對深圳市某深基坑復合支護特點，研究監(jiān)測主要內(nèi)容有：基坑頂部、賦存環(huán)境周邊建筑物與道路的水平位移及沉降監(jiān)測、立柱樁沉降與支撐軸力監(jiān)測、錨索內(nèi)力與地下水位監(jiān)測等。

監(jiān)測點（見圖2）布置在基坑支護體系支護結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵節(jié)點位置，在基坑開挖前，監(jiān)測點進行相應原始數(shù)據(jù)采集，以便于與開挖回填后的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)形成相應對比。研究為保障復合深基坑支護體系健康安全運營，在儀器監(jiān)測的同時對監(jiān)測設施（基準點、測量點等）、施工工況控制與深基坑周圍環(huán)境采用人工巡視的方式確保監(jiān)測點的穩(wěn)定不受破壞和監(jiān)測工作正常開展，并定性判定基坑是否存在其他影響基坑穩(wěn)定性的安全隱患，確?，F(xiàn)場試驗研究能夠順利開展。

圖2 監(jiān)測點平面布置Fig.2 Layout of Monitoring Points

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 坑頂位移

深基坑坑頂位移是基坑監(jiān)測的重點，坑頂位移一般包括水平位移與豎向沉降。研究針對復合支護體系支護特征，選擇與之相應的監(jiān)測點進行監(jiān)測。

對比坑頂水平與豎向位移時間累計關(guān)系曲線（見圖3），可以看出：①坑頂水平位移離散性較大的主要因素應歸結(jié)于支護形式的差異，對于沒有錨索支護的純排樁支護，其在開挖前期曲線陡增整體位移較大，但在支護結(jié)構(gòu)完全形成后其差值較小，位移趨于穩(wěn)定（如WY03、WY04 等），而樁錨支護結(jié)構(gòu)在錨索系統(tǒng)形成時基坑坑頂水平位移會得到一定的修正（如WY04、WY09 等）；②坑頂沉降發(fā)展呈現(xiàn)出三階段形式，無論何種支護形式均為前期發(fā)展平穩(wěn)，后期沉降積累效應較為明顯；③復合支護體系水平位移的離散性大于豎向沉降，在不同形式的支護分段上，沉降曲線均一性較好，幾乎所有曲線發(fā)展趨勢均相似，而在不同支護分段上水平位移趨勢較為雜亂，其中WY05 與WY11曲線最為明顯。

3.2 立柱沉降

立柱樁沉降受支護形式影響較小?；谘芯块_展監(jiān)測點來說（見圖4），沉降與開挖深度、基坑所處地層信息關(guān)聯(lián)較為密切，錨桿支護系統(tǒng)對于立柱樁沉降影響不明顯。立柱樁監(jiān)測的3個特征點僅L01 與L02、L03 相差略大，但整體發(fā)展趨勢則較為一致。

圖3 坑頂位移時間累計關(guān)系曲線Fig.3 Pit Top Displacement Time Cumulative Relationship Curve

圖4 立柱樁沉降時間累計關(guān)系曲線Fig.4 Settlement Time Curve of Vertical Pile

3.3 支撐軸力與錨索內(nèi)力

復合支護體系支撐軸力（見圖5）在開挖前期變化較為劇烈在錨索內(nèi)力（見圖6）穩(wěn)定后，支撐軸力波動性趨穩(wěn)，復合支護體系支撐軸力后期無較為明顯的大規(guī)模波動。

與復合支護系統(tǒng)支撐軸力相類似，錨索內(nèi)力（見圖6）發(fā)展趨勢亦為前期徒增，待體系形成以后平穩(wěn)固定，該趨勢亦與傳統(tǒng)樁錨支護相似，錨索內(nèi)力隨錨固系統(tǒng)穩(wěn)定，復合支護系統(tǒng)錨索內(nèi)力波動較小，內(nèi)力值固定。

圖5 支撐軸力時間累計關(guān)系曲線Fig.5 Relation Curve of Supporting Axial Force Time

圖6 錨索內(nèi)力時間累計關(guān)系曲線Fig.6 Relation Curve of Anchor Cable Internal Force Time

3.4 賦存環(huán)境影響分析

深基坑開挖對賦存環(huán)境影響主要為地下水滲流場、周邊建筑物水平及豎向位移與道路沉降。在復合地基支護系統(tǒng)中止水帷幕是深基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵，復合支護系統(tǒng)地下水位在前期波動性較大（見圖7），后期則地下水位波動趨緩，復合支護系統(tǒng)對土體滲流影響較明顯，開挖后有一定排水作用，但整體來看對周圍滲流場影響較為有限，賦存環(huán)境周邊巖土體力學性質(zhì)受排水作用影響較小。

圖7 地下水位升降時間累計關(guān)系曲線Fig.7 Relation Curve of Groundwater Level Rise and Fall Time

復合支護對臨近建筑物與道路影響集中于支護形成的中后期，即復合支護基坑對附近建筑物水平位移與沉降影響（見圖8、圖9）有一定的滯后性。對于復合地基支護，不同支護措施對于賦存環(huán)境中的建筑物與構(gòu)筑物的影響較為不同，排樁與樁錨支護水平位移差異較大，錨索對于土體的收束作用較為明顯，CJ12～CJ14 表明排樁支護土體位移仍較大，對賦存環(huán)境周邊建筑物的影響大于錨樁支護結(jié)構(gòu)。

圖8 周邊建筑物位移時間累計關(guān)系曲線Fig.8 Displacement Time Accumulation Curve of Surrounding Buildings

圖9 周邊道路沉降時間累計關(guān)系曲線Fig.9 Relationship Curve of Settlement Time of Surrounding Roads

比較周邊建筑物與道路沉降，復合地基支護系統(tǒng)對周邊建筑物與道路沉降影響較為嚴重，但水平位移仍是不可忽略的重要因素，為保證賦存環(huán)境內(nèi)建筑物與構(gòu)筑物安全，兩者必須進行監(jiān)測。

4 結(jié)論

研究通過對深圳市某深基坑監(jiān)測工程結(jié)果分析得出以下結(jié)論：

⑴建筑深基坑復合支護體系應根據(jù)不同區(qū)段支護形式進行監(jiān)測點加密，使得監(jiān)測系統(tǒng)可以真實地反映支護系統(tǒng)的力與位移情況。

⑵建筑深基坑復合支護體系應著重對位移進行監(jiān)測，支護體系形成后結(jié)構(gòu)內(nèi)力較為穩(wěn)定。

⑶建筑深基坑復合支護體系對賦存環(huán)境的影響，主要集中在賦存環(huán)境內(nèi)建筑物與構(gòu)筑物累計形變量，對于水平位移與豎直沉降兩者必須進行監(jiān)測。