大型建筑深基坑變形監(jiān)測(cè)研究

鄒錕

摘? 要：深基坑工程的施工監(jiān)測(cè)可以對(duì)深基坑的開挖施工提供控制依據(jù)。本文結(jié)合上海地鐵某站基坑監(jiān)測(cè)實(shí)例，分析了該基坑工程的工程概況及監(jiān)測(cè)內(nèi)容，并對(duì)基坑坑外地表沉降、圍護(hù)墻頂部變形、圍護(hù)墻體側(cè)向變形、支撐軸力、坑外潛水水位、承壓水水位、立柱樁垂直位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，為基坑的變形預(yù)測(cè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件。研究成果可為類似的基坑工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：大型建筑? 基坑? 變形? 監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TU433? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（b）-0100-03

Abstract： The construction monitoring of deep foundation pit engineering can provide control basis for the excavation construction of deep foundation pit. Combined with the monitoring example of a subway station in Shanghai， this paper analyzes the engineering situation and monitoring contents of the foundation pit， and analyzes the monitoring data of the surface settlement of the foundation pit， the deformation of the top of the retaining wall， the lateral deformation of the retaining wall， the supporting axial force， the groundwater level outside the pit， the confined water level， and the vertical displacement of the column pile. The research results can provide reference for similar foundation pit engineering.

Key Words： Large building; Foundation pit; Deformation; Monitoring

1? 依托工程概況

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑快速發(fā)展，基坑開挖日益加深。高層建筑的基坑深度約為20m，有些基坑已達(dá)到近30m。由于地下土壤特性、載荷條件和施工環(huán)境的復(fù)雜性，基坑的施工不可避免地會(huì)影響土壤、環(huán)境、鄰近建筑物和地下設(shè)施的特性。對(duì)于具有復(fù)雜地質(zhì)條件的基坑，通常很難根據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)或理論分析來預(yù)測(cè)其變形。

在施工過程中，深層基礎(chǔ)井的安全已成為基礎(chǔ)施工的重中之重。一點(diǎn)粗心大意不僅會(huì)危害礦井本身的安全，還會(huì)影響附近的建筑物、道路、橋梁、各種管道和地下設(shè)施等，給社會(huì)造成巨大損失。因此，控制深基坑的變形尤為重要。

在上海某大型建筑物的深基坑工程中，周圍道路下方有許多市政管道，包括多條下水道管道、電力管道、煤氣管道和供水管道。連續(xù)地下墻用作基坑的封閉結(jié)構(gòu)。第一個(gè)支架由混凝土制成，最后一個(gè)軸具有5個(gè)鋼支架，而標(biāo)準(zhǔn)截面則具有4個(gè)鋼支架。建筑物中心線上的基坑深度約為18.5m;最終井中的基礎(chǔ)井深度約為23.4m。基坑設(shè)有格子柱，現(xiàn)澆樁布置在柱子下方。該地點(diǎn)的地貌類型屬于朝平地帶。該地點(diǎn)的地質(zhì)條件是從上到下：①1層填料土，②3層粉質(zhì)灰砂土，④一層灰色粉質(zhì)粘土，⑤1層灰色粘土，⑤3層粉質(zhì)灰色粘土，⑤4層粉塵灰綠色高品質(zhì)粘土，⑦1-2層黃色至沙灰色草，粉質(zhì)土壤，⑦2層黃色草至粉質(zhì)細(xì)沙灰色，⑦2-T層粉質(zhì)灰色淤泥。根據(jù)該地區(qū)的區(qū)域數(shù)據(jù)，某些地區(qū)的地下水主要包括淺層粘性土層中的淺水，淺粉質(zhì)土層中的微細(xì)水以及局限在深粉質(zhì)土和沙層中的水。影響基礎(chǔ)井建設(shè)的地下水包括上層潛水，微壓力下的水和壓力下的水。

2? 基坑變形監(jiān)測(cè)方法

2.1 坑外地表沉降剖面監(jiān)測(cè)

將井外表面沉降曲線的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在基礎(chǔ)井挖掘深度的2倍范圍內(nèi)，3～5個(gè)垂直位移監(jiān)控點(diǎn)。主基坑外有20套地面沉降剖面，編號(hào)為DB1-i～DB20-i（i=1、2、3、4、5），共有68個(gè)地面沉降點(diǎn)。

2.2 圍護(hù)墻頂部變形監(jiān)測(cè)

在主基坑的周面上放置40個(gè)墻頂垂直位移和水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為Q1～Q40，該點(diǎn)的距離約為18m，該點(diǎn)直接用覆蓋的鋼釘測(cè)量8cm長(zhǎng)。埋入新注入的上部環(huán)形梁中。

2.3 圍護(hù)墻體側(cè)向變形監(jiān)測(cè)

在地下連續(xù)墻內(nèi)埋設(shè)與鋼筋籠基本等深度的帶導(dǎo)槽PVC塑料管，以監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形。在主體基坑周圈共布置40個(gè)測(cè)斜孔，編號(hào)為P01～P40，孔距約18m，測(cè)點(diǎn)布置見圖1。

2.4 支撐軸力監(jiān)測(cè)

通過在混凝土支架上安裝鋼筋張力計(jì)來測(cè)量支架的軸向應(yīng)力。應(yīng)變儀安裝在左右兩側(cè)。鋼支架軸向力的控制使用軸向力計(jì)來測(cè)試支架的軸向壓力，并將其安裝在支架中。固定端。在主基坑中設(shè)置的第一混凝土支撐和第二至五個(gè)鋼支撐分別在相應(yīng)位置布置10個(gè)軸向力測(cè)量點(diǎn)，編號(hào)為Zi-1～Zi-10（i=1，2 ，3、4、5個(gè)支撐層），在第六個(gè)斷頭井支撐上布置一個(gè)軸向力測(cè)量點(diǎn)，總共有10套混凝土支撐軸向力測(cè)量點(diǎn)，20個(gè)應(yīng)變儀鋼筋和41個(gè)軸向測(cè)力計(jì)。

2.5 坑外潛水、承壓水水位監(jiān)測(cè)

（1）觀察井外潛水水的水位。

潛水水位觀察孔在基坑周圍2m處布置，每個(gè)孔深約8m。在主基坑外部，圖1顯示了16個(gè)觀測(cè)孔，用于在基坑外部潛水水位，編號(hào)為SW1～SW16，其距離約為50m。

（2）觀察井外水位。

在主基礎(chǔ)井外5m處有四個(gè)密閉水位觀測(cè)孔，編號(hào)為CY1～CY4，井深約為48m，在最后一個(gè)井外和井底分別設(shè)置了兩個(gè)密閉水位。標(biāo)準(zhǔn)截面基礎(chǔ)井有關(guān)水位觀察孔的測(cè)量點(diǎn)的布置，請(qǐng)參見圖1。

2.6 立柱樁垂直位移監(jiān)測(cè)

觀察基坑開挖過程中支柱的豎向位移變化，了解基坑支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，了解基坑施工對(duì)支柱的影響，并在基坑中確定點(diǎn)頂部的支柱。在基坑主樁頂上共有30個(gè)垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為L(zhǎng)1～L30。

3? 監(jiān)測(cè)成果分析

3.1 周邊地表沉降剖面監(jiān)測(cè)分析

基坑周圍地表沉降剖面監(jiān)測(cè)共布置20條剖面點(diǎn)，隨著基坑的開挖垂直位移表現(xiàn)為明顯的下沉趨勢(shì)，當(dāng)基礎(chǔ)底板澆筑完成后變形速率有所放緩，直至地下結(jié)構(gòu)施工階段變形逐漸趨于收斂。一般情況每條剖面線距離基坑較近的1號(hào)、2號(hào)點(diǎn)沉降量較大，2號(hào)點(diǎn)的沉降量甚至還大于1號(hào)測(cè)點(diǎn)，這與基坑開挖后引起坑外地表沉降槽的形態(tài)基本一致。

3.2 圍護(hù)頂部變形監(jiān)測(cè)分析

在基坑圍護(hù)頂部設(shè)Q1～Q40共40個(gè)垂直位移及水平位移測(cè)點(diǎn)，其中代表性測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)曲線如圖1所示。

如圖1所示，在基坑開挖開始時(shí)，由于土方的排放，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的上部具有一定的高度。直到地下結(jié)構(gòu)的施工階段，變形趨于逐漸收斂。在基坑開挖過程中，外殼頂部的水平位移會(huì)導(dǎo)致基坑變形。在去除支撐物的過程中，在基坑中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形，并且變形在地下結(jié)構(gòu)的施工階段逐漸收斂。

3.3 圍護(hù)墻體側(cè)向變形監(jiān)測(cè)分析

選擇一個(gè)代表性的墻來測(cè)量?jī)A斜孔的橫向位移。結(jié)果表明，每個(gè)測(cè)量孔最大橫向位移的位置與基坑開挖深度一致。從基礎(chǔ)坑中澆筑大板直到支撐件的拆卸完成，墻體的側(cè)向位移相對(duì)較小，這表明從大板中澆筑混凝土后，深層的側(cè)向位移每個(gè)測(cè)量孔已逐漸穩(wěn)定。

3.4 支撐軸力監(jiān)測(cè)分析

分析代表性軸向軸承力的變化。當(dāng)在每個(gè)土壤層中挖掘軸向支撐力時(shí)，相鄰的軸向支撐力會(huì)迅速增加，而當(dāng)挖掘繼續(xù)進(jìn)行直到形成下部支撐時(shí)，下部支撐就發(fā)揮了重要作用。顯然，支撐的強(qiáng)度會(huì)減慢直到逐漸穩(wěn)定。大地板澆筑后，其強(qiáng)度變化基本穩(wěn)定。

3.5 坑外潛水、承壓水水位監(jiān)測(cè)分析

在基礎(chǔ)井周圍共設(shè)置了16個(gè)潛水水位觀測(cè)井和4個(gè)密閉水位觀測(cè)孔。結(jié)果表明，基坑開挖過程中，土墻節(jié)理之間的滲漏程度不同，井外某些潛水水位的下降程度不同。在采取適當(dāng)措施堵漏后，井外的水位基本上可以立即升高。可以看出，水位觀察孔的布置可以迅速檢測(cè)出該區(qū)域周圍壁漏水的可能泄漏，從而可以采取適當(dāng)?shù)募m正措施。井外水位的波動(dòng)主要與天氣是否下雨有關(guān)，在一定程度上顯示了水位監(jiān)測(cè)孔的連續(xù)敏感性。井外的壓力水平與井外抽取的加壓水量密切相關(guān)。

3.6 立柱樁垂直位監(jiān)測(cè)分析

選擇代表性立柱的測(cè)點(diǎn)的變化曲線如圖2所示。

由圖2可知，在開挖過程中受坑底土體卸載后回彈影響上升， 原因可作如下解釋：大面積開挖時(shí)，土體卸荷量相當(dāng)大，坑底土因卸荷產(chǎn)生較大隆起，帶動(dòng)立柱樁一起抬升。大底板澆搗之后立柱樁的隆起量有明顯減小的變化。

4? 結(jié)論及建議

從2018年3月18日圍護(hù)結(jié)構(gòu)的初始現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值開始，基礎(chǔ)井施工監(jiān)測(cè)工作開始，地下結(jié)構(gòu)的施工達(dá)到±0.000，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)基本穩(wěn)定。已經(jīng)進(jìn)行了大規(guī)模的降水、挖掘、支護(hù)和拆除測(cè)試。由于采用了科學(xué)的施工程序和精心的監(jiān)測(cè)方法，已成功地保證了周圍建筑物，地下管線和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行，這表明該圍護(hù)工程設(shè)計(jì)，施工和監(jiān)測(cè)方案結(jié)構(gòu)性成功。總結(jié)本項(xiàng)目建設(shè)的監(jiān)測(cè)，我們可以得出以下結(jié)論：

（1）在工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)和樁基施工過程中，由于土壤流失，對(duì)周圍環(huán)境的影響較大，通過監(jiān)測(cè)可以反映出周圍土壤的變形規(guī)律。及時(shí)保證管道的正常運(yùn)行。

（2）在整個(gè)基坑施工過程中，殼體結(jié)構(gòu)的整體變形相對(duì)較大。通過實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)視，指導(dǎo)施工以確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍建筑物的安全。

（3）在基坑開挖中，應(yīng)盡可能加快開挖速度，并應(yīng)合理控制開挖順序。通過深入支撐的每一層，必須快速建立諸如支撐之類的尺寸，這對(duì)于有效控制殼體的變形非常有用。

（4）在基坑開挖階段和基坑開挖完成之后，尚未澆筑底板，應(yīng)考慮到惡劣天氣，例如大雨。因?yàn)榇藭r(shí)，外殼處于最不利的壓力狀態(tài)。一旦發(fā)生不利因素（例如噴砂），將對(duì)機(jī)柜的安全運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。

（5）在基坑施工期間，由于加強(qiáng)和改善了對(duì)圍墻和周圍環(huán)境的變形觀測(cè)，以及對(duì)周圍水體的監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋了信息并指導(dǎo)施工以確保項(xiàng)目的安全性和平穩(wěn)性基坑開挖已完成。因此，施工監(jiān)控是確保工程施工安全，減少經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)驗(yàn)證機(jī)柜設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性的必不可少的有力手段。

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