基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的深基坑開挖對臨近建筑物影響研究

汪 林，楊玉龍

（中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西西安 710043）

0 引言

建筑物的變形特征分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。其中，沉降量主要用于計算獨立柱基礎(chǔ)和地基變形較均勻的排架結(jié)構(gòu)柱基的沉降量，也可預(yù)估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形量[1]。由變形特征的作用，就可以根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式，確定如何控制它們，由控制值的大小確定建筑是否安全。

另外，建筑物沉降又與建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、建筑物的上部結(jié)構(gòu)采用的體系其對應(yīng)地基的承載力緊密相連，而地質(zhì)情況又決定了建筑物地基的承載力[2]。

通過對各施工階段建筑物進行監(jiān)測，收集沉降數(shù)據(jù)并研究深基坑開挖過程中建筑物沉降變化的規(guī)律，確定每個施工階段建筑物沉降的大小及趨勢，制定相對應(yīng)的控制措施，可有效控制建筑物的沉降，降低環(huán)境風(fēng)險，達(dá)到安全施工的目的。

1 工程概況

工程主體基坑外包尺寸為30.00 m×7.00 m，采用明挖方法施工，圍護結(jié)構(gòu)形式為地下連續(xù)墻（墻厚0.80 m），底板埋深約為17.50 m?；颖眰?cè)有7層混凝土保護建筑物距離主體結(jié)構(gòu)4.40 m，地下1層，筏板基礎(chǔ)?；又误w系由第一道混凝土支撐，第二、三道鋼支撐及倒撐組成。

依據(jù)前期地勘報告及設(shè)計圖紙，場地內(nèi)地層為典型松花江漫灘地貌單元特征，地基土分布不均勻，性質(zhì)變化較大。淺部地層為雜填土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂，中部地層為細(xì)砂、中砂、粗砂、粉質(zhì)黏土，下部土層為中砂、砂礫、黏土、泥巖。各土層分布情況見表1。

表1 各層圍巖分類及埋深統(tǒng)計表

2 總體施工方案

2.1 基坑開挖及支護方案

1）基坑開挖

在地連墻、冠梁達(dá)到設(shè)計強度后分段、分區(qū)、分層、對稱進行基坑開挖，并遵循“先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。每步開挖所暴露的地連墻寬度控制在5.00 m，每層開挖深度不大于2.00 m。各步序挖土及支撐的架設(shè)時間均未超過16 h。坑底保留200～300 mm厚土層用人工挖除整平，防止坑底土體擾動。

2）支撐的設(shè)置

靠近建筑物的基坑段采用3道支撐加1道倒撐。拆撐、換撐順序：隨挖隨撐開挖至底板下基坑底，澆筑混凝土墊層、結(jié)構(gòu)底板及部分負(fù)二層側(cè)墻至第三道支撐底，待其達(dá)到設(shè)計強度后，先架設(shè)換撐并施加預(yù)加軸力，然后拆除第三道鋼支撐；繼續(xù)向上澆筑剩余負(fù)二層側(cè)墻、中板及部分負(fù)一層側(cè)墻，待其達(dá)到設(shè)計強度后，拆除第二道鋼支撐；繼續(xù)向上澆筑剩余負(fù)一層側(cè)墻及頂板，待其達(dá)到設(shè)計強度后，拆除倒撐，鑿除第一道混凝土支撐。

2.2 監(jiān)測方案

基坑的自身風(fēng)險等級定義為2級，周邊建筑物距離基坑較近、管線錯綜復(fù)雜，環(huán)境風(fēng)險等級為1級，確定該基坑變形保護等級為1級。主要的監(jiān)測項目：圍護結(jié)構(gòu)墻體水平位移、支撐軸力、地表沉降、地下水位、基坑周邊建筑物沉降等。具體設(shè)計要求見表2。

表2 現(xiàn)場主要監(jiān)控量測項目及設(shè)計要求

在基坑開挖期間，依據(jù)既定的監(jiān)測方案重點關(guān)注距離基坑最近的混凝土7層建筑物沉降數(shù)據(jù)，對建筑物承重柱、結(jié)構(gòu)拐點、接縫處進行測點加密并全過程監(jiān)測，以免建筑物發(fā)生較大沉降及局部不均勻沉降。監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警時應(yīng)及時通知相關(guān)單位，根據(jù)預(yù)警情況必要時采取主動跟蹤補償注漿，對建筑物基礎(chǔ)采用旋噴樁加固，控制基坑變形。

2.3 監(jiān)測點布置

主要監(jiān)測項目監(jiān)測點布置原則參照施工圖紙及GB 50911-2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[3]要求進行，監(jiān)測點布設(shè)間距及范圍均滿足相關(guān)要求。監(jiān)測點布設(shè)如圖1、圖2所示。

圖1 監(jiān)測點位布置斷面圖

圖2 監(jiān)測點位布置平面圖

距離基坑最近的混凝土建筑物沉降監(jiān)測點在圍護結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻）施工前布設(shè)并取得初始值，墻體水平位移、支撐軸力等主要監(jiān)測項目在基坑開挖前一周取得初始值，各監(jiān)測項目均持續(xù)觀測至主體結(jié)構(gòu)完成后3個月。

基坑開挖階段各項監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律及分析如下：

1）墻體水平位移（SINCO測斜儀）（圖3）

由圖3可知：圍護結(jié)構(gòu)變形最大區(qū)段位于基坑50%～75%H位置。開挖深度在7.00 m以上時，圍護結(jié)構(gòu)由于受第一道混凝土支撐約束，地連墻水平位移量相對較小，位移量在2 mm左右。隨著基坑開挖深度的增加，地下連續(xù)墻內(nèi)力的重新分布，墻體和土體協(xié)同變形逐步加大，且最大變形點逐漸向基坑底部移動，土方開挖到基坑底部后，在最后一道支撐架設(shè)前，圍護結(jié)構(gòu)位移變形依然存在，最大變形量在10 mm左右，到達(dá)基底下方2.00 m左右，位移逐漸減小。底板澆筑后，整體變形明顯趨于穩(wěn)定。

圖3 墻體水平位移階段變化曲線圖

2）支撐軸力

通過對稱布設(shè)的4支鋼筋計（混凝土支撐）和軸力計（鋼支撐）來獲取支撐體系的受力情況，各工況下軸力測值情況見圖4，圖5。

從圖4、圖5可以看出，在開挖至7.00 m前，支撐體系第一道混凝土支撐受力逐漸增大，圍護結(jié)構(gòu)受混凝土支撐約束位移變化較小，隨基坑的開挖深度逐漸增大，開挖深度為7.00～18.00 m，圍護結(jié)構(gòu)迎土面受力增大，支撐體系第二道、第三道鋼支撐受壓，支撐軸力增大，當(dāng)土方開挖到基坑底部時支撐受力最大，底板澆筑完成后受力趨于穩(wěn)定。

圖4 鋼支撐軸力階段變化時程曲線圖

圖5 混凝土支撐軸力階段受力變化時程曲線圖

3）建筑物沉降

建筑物沉降采用徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀按照二等水準(zhǔn)測量規(guī)范進行觀測，分析建筑物在各個施工環(huán)節(jié)的沉降變形趨勢見圖6。

圖6 建筑物累計沉降變化時程曲線圖

選取的臨近基坑側(cè)建筑物沉降測點進行趨勢分析，建筑呈整體的階段性下沉，隨著基坑的逐步下挖，建筑物沉降逐漸增大，基底封閉前建筑物累計沉降達(dá)到最大值，約-10 mm。期間隨著開挖步序的控制及頂板的快速封閉，建筑物累計沉降量穩(wěn)定在-11 mm左右。沉降量控制良好，未超出設(shè)計給定的控制值，建筑物整體安全。

3 結(jié) 語

通過對沉降相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在基坑開挖過程中，隨著基坑開挖深度的增加，圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移不斷增大，基坑周邊地表及建筑沉降逐漸增大，基坑底板施作完成后累計沉降達(dá)到最大值并逐步趨于穩(wěn)定。同時，在深基坑開挖過程中可以通過控制開挖步序、開挖方法、支撐軸力等方面來控制周邊地表及建筑物沉降變形。

基坑開挖期間，圍護結(jié)構(gòu)深層位移、支撐軸力及基坑周邊地表沉降的數(shù)據(jù)是直觀研判建筑物實時狀態(tài)及變形趨勢的重要參考。在基坑開挖期間，要嚴(yán)格遵循“先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，合理組織基坑開挖步序，確?；娱_挖連續(xù)、快速，盡快封閉基底，可有效控制基坑變形及周邊地表沉降，減少對周邊建筑物的影響。