北京世園小鎮(zhèn)接待中心基坑監(jiān)測(cè)分析

李 毅，仲海蛟

（1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京100032；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100083）

北京世園小鎮(zhèn)接待中心工程為2019年中國(guó)北京世界園藝博覽會(huì)世園村建設(shè)項(xiàng)目之一，地處北京市延慶區(qū)谷家營(yíng)村原址。用地北側(cè)為環(huán)湖南路，南側(cè)正對(duì)世園路北延，與園區(qū)6號(hào)門（對(duì)接旅游巴士客流）直接相接。地形基本平坦，地貌屬于延慶盆地一級(jí)階地。場(chǎng)地周邊基坑影響范圍內(nèi)基本無(wú)地下建筑物（構(gòu)筑物）及地下管線等。本文通過(guò)分析不同支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)基坑變形的影響，從而總結(jié)出相應(yīng)的規(guī)律，為今后的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 工程地質(zhì)條件

本工程用地勘探范圍內(nèi)土層可劃分為人工堆積層、新近沉積層、一般第四系沖洪積層3大類，從地層巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)方面細(xì)分為5個(gè)大層：

人工堆積層：砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土、素填土①層；雜填土①1層；

新近沉積層：粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土②層；砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土②1層；粉細(xì)砂②2層；

一般第四系沖洪積層：粉細(xì)砂③層；粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土③1層；粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土③2層；粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土④層；粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土④1層；粉細(xì)砂④2層；粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土⑤1層；粘質(zhì)粉土⑤2層。

典型的地質(zhì)剖面如圖1所示。

圖1 典型地質(zhì)剖面Fig.1 Typical geological profile

本次勘察深度范圍內(nèi)觀測(cè)到一層地下水是潛水。水位埋深為5.60～19.30 m，水位標(biāo)高為476.51～478.26 m，含水層為粉細(xì)砂③層，粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土③1層薄層，粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土③2層夾層，水量較小。本工程基地絕對(duì)標(biāo)高為475.20～483.00 m，基底位于含水層之下。

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)有關(guān)規(guī)范［1］以及工程基坑深度、場(chǎng)地周圍環(huán)境、工程重要性等級(jí)等條件確定工程基坑側(cè)壁安全等級(jí)分別為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)，重要性系數(shù)γ分別為1.1、1.0、0.9?？紤]本工程開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地層垂向分布的復(fù)雜性、周圍環(huán)境以及基坑的側(cè)壁安全等級(jí)，確定了多種支護(hù)方式的綜合應(yīng)用?；又ёo(hù)方式見(jiàn)表1，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，各典型支護(hù)剖面見(jiàn)圖3～6。

3 基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容及其測(cè)點(diǎn)的布置

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

圖2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置Fig.2 Layout plan of the foundation pit monitoring points

表1 基坑支護(hù)方式Table 1 Foundation pit support types

圖3 基坑懸臂樁支護(hù)剖面Fig.3 Cantilever pile support section of the foundation pit

圖4 基坑樁錨支護(hù)剖面Fig.4 Pile anchor support section of the foundation pit

本工程安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)，施工復(fù)雜且工期緊張，因此，降低和限制施工期間對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響對(duì)確保施工順利進(jìn)行有著至關(guān)重要的作用。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)建筑施工和周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)可以指導(dǎo)信息化施工，從而及時(shí)采取措施、防患于未然。施工監(jiān)測(cè)工作本質(zhì)上是對(duì)工程的建筑設(shè)計(jì)、施工方案以及過(guò)程的監(jiān)督和成果檢驗(yàn)，有利于及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決處理設(shè)計(jì)或施工過(guò)程中的問(wèn)題與各種突發(fā)情況，本工程結(jié)合有關(guān)規(guī)范［1-4］及工程基坑深度、場(chǎng)地周圍環(huán)境、工程重要性等級(jí)等條件進(jìn)行了如下的施工監(jiān)測(cè)：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移和豎向位移、基坑周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路沉降、基坑周邊地面沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移、錨桿拉力的觀測(cè)。具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

圖5 基坑放坡支護(hù)剖面Fig.5 Grading support section of the foundation pit

圖6 基坑樁錨加土釘墻支護(hù)剖面Fig.6 Pile anchor and soil nailing wall support section of the foundation pit

3.2 測(cè)點(diǎn)的布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置參見(jiàn)圖2。監(jiān)測(cè)點(diǎn)1～11采用的是支護(hù)樁加錨索的支護(hù)體系，監(jiān)測(cè)點(diǎn)12～18采用的是支護(hù)樁加錨索以及上部土釘墻支護(hù)下部雙排樁加錨索支護(hù)的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)19～27采用的是懸臂樁支護(hù)體系。同時(shí)考慮到建筑陰角與陽(yáng)角處水平位移的區(qū)別，所以將點(diǎn)位均設(shè)立在了陽(yáng)角處。

基坑西南角處為工人生活區(qū)，同時(shí)也是材料進(jìn)場(chǎng)的必經(jīng)之路，同時(shí)基坑?xùn)|側(cè)為正在施工的人工堆積山天田山。

表2 基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容及控制標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Monitoring parameters and control standards of the foundation pit

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基坑各工序施工時(shí)間如表3所示。

表3 各工序施工時(shí)間Table 3 Time of each construction step

4.1 樁頂水平位移

樁頂水平位移隨著時(shí)間的增加在不斷地增大，如圖7所示，ZQS2、ZQS5、ZQS8、ZQS23、ZQS26均產(chǎn)生向基坑的水平位移，ZQS15、ZQS18、ZQS27則產(chǎn)生向坑外的水平位移。圖2中顯示了基坑坑頂水平位移分布全景。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果我們可以看到，支護(hù)方式與周邊建筑物荷載以及施工荷載等都會(huì)對(duì)基坑的水平位移產(chǎn)生影響［5-6］。

建筑物南側(cè)的ZQS5的累計(jì)最終水平位移量為11.5 mm，其次是ZQS2和ZQS8，分別為9.9 mm和9.8 mm。建筑物東側(cè)的ZQS15的累計(jì)最終水平位移量為-10.8 mm，其次是ZQS18為-10.4 mm。這體現(xiàn)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的空間效應(yīng)，邊角處的水平位移小于跨中的水平位移［7-8］。

圖7 樁頂水平位移隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Curve of horizontal displacement of the pile top vs time

4.2 樁頂豎向位移

選取典型的幾 個(gè) 樁ZQC24、ZQC25、ZQC26、ZQC27處的樁頂沉降為分析對(duì)象，如圖8所示。從圖中可以看出開(kāi)始樁頂均產(chǎn)生向上的位移，隨后支護(hù)樁的樁頂變形逐漸下降，呈現(xiàn)增大減小的波動(dòng)趨勢(shì)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工情況我們分析，開(kāi)始產(chǎn)生的樁頂上移是基坑開(kāi)挖所引起的坑底土體回彈以及一側(cè)土體側(cè)限釋放所導(dǎo)致的，而之后樁頂位移的下降則是由于施工的不斷進(jìn)行，基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)荷載的作用。

4.3 基坑周邊地面沉降

隨著基坑的開(kāi)挖周邊地面沉降也在不斷加大［9］，如圖9所示，地表沉降累計(jì)變化量最大測(cè)點(diǎn)為DBC26，其 次 是DBC20、DBC5、DBC15、DBC18、DBC27等點(diǎn)，主要原因可能是基坑西南角存在大量材料運(yùn)輸?shù)耐鶑?fù)作用，而東側(cè)人工堆積山也在施工從而導(dǎo)致路面沉降變大。同時(shí)，分別在東南西北各個(gè)方位（不同的支護(hù)方式）上選取一個(gè)具有代表性的點(diǎn)，來(lái)研究基坑周邊的地表沉降問(wèn)題，我們選取點(diǎn)DBC5、DBC15、DBC19、DBC23，發(fā)現(xiàn)支護(hù)方式同樣會(huì)對(duì)地表沉降和沉降范圍產(chǎn)生不同程度的影響。

圖8 樁頂豎向位移隨時(shí)間變化曲線Fig.8 Curve of vertical displacement of the pile top vs time

圖9 基坑周邊地面沉降隨時(shí)間變化曲線Fig.9 Curve of ground settlement around the foundation vs time

4.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移

坑壁在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中逐漸向坑內(nèi)產(chǎn)生水平位移，并且開(kāi)挖得越深，產(chǎn)生的位移也就越大［10-13］。樁體深層水平位移累計(jì)變化量最大測(cè)點(diǎn)為ZQT23（1.5 m深），其變化量為11.8 mm，懸臂樁支護(hù)體系是以ZQT23為代表的西側(cè)所采用的支護(hù)方式，相較于其他支護(hù)方式而言對(duì)土體的約束性較差，這也反映了支護(hù)方式對(duì)深層水平位移的影響。

由圖10發(fā)現(xiàn)，冠梁位移累計(jì)變化量只有達(dá)到一定程度后才會(huì)產(chǎn)生明顯的協(xié)同作用。同時(shí)，與土層地質(zhì)情況比較，可以看出測(cè)斜數(shù)據(jù)可以從側(cè)面體現(xiàn)出局部土質(zhì)的基本情況。

4.5 錨桿拉力

圖10 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移隨時(shí)間變化曲線Fig.10 Curve of horizontal displacement of the bottom foundation pit support structure vs time

如圖11所示，ZCL3、ZCL4測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)基本相同，隨著基坑的開(kāi)挖，樁錨力在不斷增加［14］，其中ZCL4的增大量最大從55.9 kN增加到186.2 kN，之后隨著混凝土底板的澆筑以及錨桿自身的應(yīng)力松弛減小至99.4 kN，并逐漸穩(wěn)定。ZCL8、ZCL9基本無(wú)變化，ZCL10、ZCL11出現(xiàn)了不同程度的應(yīng)力松弛，ZCL12、ZCL13的錨索力一直在增加。但都沒(méi)有超過(guò)錨桿應(yīng)力設(shè)計(jì)值。

圖11 錨桿拉力隨時(shí)間變化曲線Fig.11 Curve of deep anchor cable tension vs time

5 結(jié)論

（1）基坑支護(hù)方式與周邊建筑物荷載以及施工荷載等都會(huì)對(duì)基坑的水平位移產(chǎn)生影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移具有空間效應(yīng)，邊角處的水平位移小于跨中的水平位移。

（2）隨著基坑的開(kāi)挖，周邊的地面沉降也會(huì)不斷加大，周邊建筑物荷載以及施工荷載會(huì)對(duì)沉降產(chǎn)生影響，而支護(hù)方式也會(huì)對(duì)地表沉降以及沉降的范圍產(chǎn)生不同程度的影響。

（3）坑壁在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中逐漸向坑內(nèi)產(chǎn)生水平位移，并且開(kāi)挖得越深，產(chǎn)生的位移也就越大。支護(hù)方式對(duì)深層水平位移也會(huì)產(chǎn)生影響。測(cè)斜數(shù)據(jù)可以從側(cè)面體現(xiàn)出局部土質(zhì)的基本情況。

（4）冠梁的協(xié)同作用在其產(chǎn)生了一定的位移后才更加明顯。