多種支護模式下基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析★

李 旭,鄭少強,佟慶偉,繩 虎

(中國核工業(yè)二四建設有限公司，江蘇 徐州 221000)

0 引言

隨著城市建設的快速發(fā)展，基坑支護結(jié)構(gòu)多樣化，同時考慮到城市建設用地的局限性等因素，基坑監(jiān)測結(jié)果可以很好地反映基坑工程的穩(wěn)定性。目前，不同支護模式下基坑圍護結(jié)構(gòu)變形特征及檢測方法正在進一步研究中[1-2]。李芒原等[3]采用BIM+3D激光掃描技術(shù)、Wu等[4]采用無人機圖像，Li等[5]采用錨索軸力監(jiān)測系統(tǒng)以及賀勃濤[6]采用三維激光掃描儀對基坑工程監(jiān)測技術(shù)進行創(chuàng)新；江毅[7]、尹利潔等[8]、龍林[9]、劉軍[10]、劉志剛[11]、胡化剛[12]、侯亞彬[13]、熊宗喜等[14]分別對廣州、蘭州、長沙、鄭州、上海等地區(qū)基坑支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測結(jié)果進行分析；王登杰等[15]基于距離收斂對坡頂水平位移進行分析；彭祥國等[16]結(jié)合紅谷隧道工程對信息化施工條件下深基坑監(jiān)測結(jié)果進行分析。

本文以徐州某項目基坑工程為例對多種組合支護模式結(jié)構(gòu)進行研究，對樁頂水平和豎向位移、立柱豎向位移進行了監(jiān)測以及監(jiān)測結(jié)果分析，研究相關(guān)異常值現(xiàn)象成因及變化趨勢，研究了不同支護模式對基坑整體穩(wěn)定影響及變化規(guī)律。

1 工程概述

1.1 工程概況

本工程位于徐州市泉山區(qū)，基坑設計安全等級為一級，監(jiān)測點及基坑支護平面圖見圖1。

本工程場地總用地面積40 318.285 m2，現(xiàn)場車庫基坑挖深8.6 m，主樓基坑挖深9.05 m，基坑設計等級為一級，抗震設防類別為丙級。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

該工程場地所處的地貌單元類型為廢黃河高漫灘地貌單元，該場地現(xiàn)為平地，地形總體上較為平緩。場地地面標高最大值42.42 m，最小值39.51 m，地表相對高差2.91 m。

根據(jù)勘察并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，該工程主要土層均屬第四系沉積物，土體參數(shù)見表1。

表1 典型土層特征參數(shù)

1.3 基坑支護設計方案

該工程基坑支護安全等級為一級，使用年限12個月，根據(jù)該場地的工程地質(zhì)水文條件及挖深情況，該項目基坑采用800 mm,1 000 mm鉆孔灌注樁+一道鋼筋(角撐)以及SMW工法+內(nèi)支撐(角撐)，三軸攪拌樁止水的組合支護模式，并按不同段劃分，基坑支護的BIM三維模型如圖1所示。典型的三種支護模式中AB,CD,FGH為代表的SMW工法樁+內(nèi)支撐；以DEF,IJKMN,XY為代表的雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁；以及以YZA為代表的雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁。三種典型的基坑支護如圖2所示。

2 基坑圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測方案

本工程基坑開挖深度深、面積大、邊長長、周邊環(huán)境復雜，必須借助監(jiān)測手段保證工程穩(wěn)定安全。對樁頂水平和豎向位移、立柱豎向位移進行監(jiān)測，實時了解基坑支護體系的實際狀態(tài)，確?；庸こ淌┕ぐ踩?，同時得到實時變形情況和對周邊環(huán)境的影響。監(jiān)測項目監(jiān)測點、監(jiān)測控制指標如表2所示。主要測點按區(qū)段劃分，布置平面示意圖如圖1所示。

表2 監(jiān)測項目及監(jiān)測點

2.1 監(jiān)測儀器與觀測要求

2.1.1 樁頂水平和豎向位移

圍護體系中冠梁的水平位移和豎向位移可以控制每個結(jié)構(gòu)類型斷面處變形情況。水平位移觀測根據(jù)一級基坑監(jiān)測的要求按變形監(jiān)測一級精度進行測量。監(jiān)測儀器為萊卡TS60全站儀，標稱精度0.5″，觀測點的坐標中誤差為1.0 mm。本項目圍護樁頂水平iyiwe監(jiān)測按實際情況采用小角法進行量測。

豎向位移采用按照變形測量一級技術(shù)要求進行幾何水準測量，監(jiān)測儀器為美國天寶Trimble Dini03電子水準儀，條碼銦鋼水準尺，標稱精度0.3 mm/km。

監(jiān)測點埋設方式如下：

水平位移與豎向位移監(jiān)測點共用，監(jiān)測點設置為冠梁每隔20 m布置1個點，共43個監(jiān)測點，采用強制對中標志，對應的編號為C1～C43。

2.1.2 立柱豎向沉降位移

立柱豎向位移按照變形測量一級技術(shù)要求進行幾何水準測量，監(jiān)測儀器為美國天寶Trimble Dini03電子水準儀，條碼銦鋼水準尺，標稱精度0.3 mm/km。

該項目結(jié)合實際情況，基坑支護監(jiān)測體系中立柱豎向沉降位移點為8個，編號為LZ1～LZ8。

2.2 監(jiān)測指標

該項目基坑支護監(jiān)測工程中監(jiān)測項目監(jiān)測點、監(jiān)測控制指標如表2所示。

3 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 樁頂位移

3.1.1 累計水平位移

經(jīng)過對不同支護模式的周邊監(jiān)測點的長期數(shù)據(jù)進行分析，得到不同段的累計水平位移的結(jié)果，如圖3所示。后文將以具有代表性的分段進行分析。

1)SMW工法+內(nèi)支撐。

由圖3(a)可以看出，在SMW工法+內(nèi)支撐的支護模式下，以AB,CD段為代表，累計水平位移變化趨勢可以分為四個階段。第一階段節(jié)點為2021年1月17日，第16次檢測，該過程緩慢增長；第二階段節(jié)點為2021年2月6日，第34次檢測，該過程增長迅速；第三階段節(jié)點為2021年4月15日，第68次檢測，該過程增長相比第二階段增速減緩；第四階段節(jié)點為2021年4月16日之后，先經(jīng)過一段時間的快速增長，最后趨于穩(wěn)定。該現(xiàn)象由于土體沉降不均勻及開挖荷載變化所致。四個階段累計位移值均為正值，說明樁頂逐漸向坑內(nèi)側(cè)偏移，最大偏移值為21.2 mm，監(jiān)測點為C7，超過監(jiān)測報警值，小于總允許值。這是由于該監(jiān)測點周圍出現(xiàn)建筑物材料堆載，并且處于長期大車行駛道路，致使坑側(cè)荷載值超過設計荷載，坑側(cè)壓力增大，水平位移嚴重增大。

2)三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁。

由圖3(b)和圖3(c)可以看出，在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下，以BC，JKMN段為代表，累計水平位移總體變化趨勢和AB，CD段相同，分為四個階段：第一階段緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段，BC段趨于穩(wěn)定，JKMN段依舊保持較快增長速度；第四階段，BC段緩慢增長，JKMN段依舊保持較快增長速度。BC段最大偏移值為26.9 mm，監(jiān)測點為C3，超過監(jiān)測報警值，小于總允許值。JKMN段累計水平最大值為18.3 mm，小于預警值，安全。這是由于BC段為工程正門前道路，來往的大車較多，JKMN段為小路，車流量少，對應荷載少。BC段坑側(cè)荷載值超過設計荷載，水平位移嚴重增大。

3)三軸攪拌樁+雙排鉆孔灌注樁。

圖3(d)～3(f)是在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下的再細分。HI段為最初早期基坑開挖，NOPQV段為10號樓商業(yè)，YZA段加上了內(nèi)支撐。

HI段的累計水平位移可以分為兩個階段，2021年4月26日 前的快速增長階段和之后的相對緩慢增長階段。HI段累計水平最大值為9.2 mm，小于預警值，安全。NOPQV段為后開挖，整體呈逐漸增大趨勢，沒有明顯的分界線。NOPQV段累計水平最大值為11.8 mm，小于預警值，安全。YZA段為單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內(nèi)支撐，整體趨勢與AB，CD段相同，第一階段緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩(wěn)定。YZA段累計水平最大值為17.6 mm，小于預警值，安全。

4)綜合對比分析。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，不同支護模式下樁頂水平位移總體趨勢是逐漸增加的，即向基坑內(nèi)側(cè)偏移。對比幾種支護模式位移變形情況，可以看出SMW工法+內(nèi)支撐以及單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內(nèi)支撐的樁頂水平位移總量最大，雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁次之，單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁最少。此外，累計水平位移受外界環(huán)境影響較為顯著，特別是BC段和CD段，存在長期車輛荷載。

3.1.2 累計豎向位移

與累計水平位移不同分段相對應，累計豎向位移的結(jié)果如圖4所示，取具有代表性的分段進行分析。

1)SMW工法+內(nèi)支撐。

由圖4(a)可以看出，與累計水平類型，在SMW工法+內(nèi)支撐的支護模式下，以AB，CD段為代表，累計豎向位移變化趨勢可以分為四個階段：第一階段累計豎向位移絕對值緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩(wěn)定。四個階段累計位移值均為負值，說明樁頂在逐漸沉降，最大沉降值為11.08 mm，小于監(jiān)測報警值。

2)三軸攪拌樁+雙排鉆孔灌注樁。

由圖4(b)和圖4(c)可以看出，在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下，以BC，JKMN段為代表，累計水平位移總體變化趨勢和AB，CD段相同，分為四個階段：第一階段累計豎向位移絕對值緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩(wěn)定。其中，BC出現(xiàn)一個奇異值，這是由于2021年1月28日左右進行了基坑開挖，土壓力變小，導致基坑豎向位移上升。BC段累計沉降最大值為11.72 mm，小于監(jiān)測預警值。JKMN段累計沉降最大值為12.12 mm，小于預警值。

3)三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁。

與累計水平位移分段劃分相同，圖4(d)～圖4(f)是在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下的再細分。HI段為最初早期基坑開挖，NOPQV段為10號樓商業(yè)，YZA段加上了內(nèi)支撐。

HI段的累計豎向位移變化規(guī)律與累計水平位移變化趨勢相同，可以分為兩個階段，2021年4月26日前的沉降快速增長階段和之后的相對緩慢增長階段。HI段最大沉降值為4.36 mm，小于監(jiān)測報警值。NOPQV段為后開挖，整體沉降量呈逐漸增大趨勢，沒有明顯的分界線。NOPQV段累計沉降最大為6.72 mm，小于預警值。YZA段整體趨勢與AB，CD段相同，最大沉降值為10.05 mm，小于監(jiān)測預警值。

4)綜合對比分析。

從圖4可以發(fā)現(xiàn)，不同支護模式下樁頂累計豎向位移絕對值除了NOPQV段，其余支護模式的總體趨勢相同，可分為四個階段：第一階段累計豎向位移絕對值緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩(wěn)定。對比幾種支護模式沉降變形情況，可以看出SMW工法+內(nèi)支撐以及單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內(nèi)支撐的樁頂累計沉降總量絕對值最大，但也遠小于預警值；雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁的模式下次之，單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁的模式下最少。NOPQV段豎向沉降曲線變化規(guī)律相對單一，不存在顯著的分段變化。

3.2 立柱豎向位移

經(jīng)過對不同支護模式的周邊監(jiān)測點的長期數(shù)據(jù)進行分析，得到不同段的立柱豎向位移的結(jié)果，如圖5所示，按內(nèi)支撐位置劃分。

3.2.1 AB,CD,FGH段

AB,CD,FGH段為SMW工法+內(nèi)支撐，累計立柱豎向位移曲線如圖5(a)所示。AB,CD,FGH段立柱豎向位移變化趨勢相同，可分為三個大的階段：

第一階段節(jié)點為2021年1月20日，第17次檢測，該過程負增長；第二階段節(jié)點為2021年1月22日，第19次檢測，該過程急速增長；第三階段節(jié)點為2021年1月22日之后，立柱豎向位移曲線呈波浪形，趨于穩(wěn)定。最大偏移值為8.52 mm，監(jiān)測點為LZ8，遠小于監(jiān)測報警值。

3.2.2 YZA段

YZA段為三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐，累計立柱豎向位移曲線如圖5(b)所示，累計立柱豎向位移變化趨勢與AB,CD,FGH段完全一致。第一階段負增長，第二階段急速增長，第三階段呈波浪形，趨于穩(wěn)定。最大偏移值為10.79 mm，監(jiān)測點為LZ4，遠小于監(jiān)測報警值。YZA段內(nèi)LZ3，LZ4和LZ5趨勢基本一致，豎直相差較大，基坑時空效應明顯。

3.2.3 綜合對比分析

從圖5可以發(fā)現(xiàn)，不同支護模式下累計立柱豎向位移趨勢相同，分為三個階段：第一階段負增長；第二階段急速增長；第三階段呈波浪形，趨于穩(wěn)定，均遠小于預警值。

4 結(jié)論

本文通過徐州某項目基坑工程中監(jiān)測數(shù)據(jù)，對SMW工法樁+內(nèi)支撐、三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁、三軸攪拌樁+雙排鉆孔灌注樁等多種組合支護模式結(jié)構(gòu)進行研究分析，得到以下結(jié)論：

1)不同支護模式下樁頂累計水平位移總體趨勢相同，可以分為四個階段：第一階段增長緩慢；第二階段增速顯著；第三階段增長相對較緩；第四階段先顯著增長，最后趨于穩(wěn)定。

2)不同支護模式下立柱累計豎向位移趨勢相同，可分為三個階段：第一階段負增長，第二階段急速增長，第三階段呈波浪形，趨于穩(wěn)定。

3)SMW工法+內(nèi)支撐以及單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內(nèi)支撐的樁頂水平、豎向位移總量最大，雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁次之，單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁最少。

4)內(nèi)支撐可有效減少圍護樁變形。

5)各種支護模式均易受周邊荷載影響。