深基坑內(nèi)支撐體系拆除過(guò)程中的基坑監(jiān)測(cè)要點(diǎn)分析

呂夢(mèng)然

（廣州廣檢建設(shè)工程檢測(cè)中心有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)城市的建設(shè)規(guī)模日益增大，伴隨著各種先進(jìn)的地下工程施工技術(shù)的發(fā)展，城市地下工程如地鐵、地下綜合管廊、大型地下商場(chǎng)、地下停車場(chǎng)、過(guò)江隧道等，其規(guī)模與數(shù)量大幅增加，使得深基坑工程也得到了飛速發(fā)展。由于深基坑工程的高風(fēng)險(xiǎn)性的特點(diǎn)，基坑的安全監(jiān)測(cè)成為各方關(guān)注的重點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外的工程技術(shù)專家都對(duì)基坑的變形原理做了很多研究，普遍認(rèn)為深基坑變形主要在于兩個(gè)方面：一種是深基坑開(kāi)挖和支撐的基本過(guò)程引起的變形，另一種則是由于相關(guān)的施工活動(dòng)如支撐體系拆除、基礎(chǔ)施工及周邊工程環(huán)境改變等引起的變形。深基坑的主要變形表現(xiàn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，周邊地表的沉降及基坑底部土體隆起等，主要原因是基坑土方開(kāi)挖和支撐體系拆除等施工活動(dòng)引起的基坑內(nèi)外產(chǎn)生土壓力差，在土壓力的作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向基坑內(nèi)的水平位移變形和基坑底部土體的隆起，進(jìn)而引起基坑周邊地表的沉降[1]。本文結(jié)合工程實(shí)例，闡述深基坑工程的基本工況，基坑監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，內(nèi)支撐體系的分布情況及拆除次序，詳細(xì)地分析內(nèi)支撐體系在拆除階段基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化特點(diǎn)及原因，合理調(diào)整拆除次序，可以有效地控制基坑變形，對(duì)保障基坑施工與周邊環(huán)境安全有重要指導(dǎo)意義。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于廣州市海珠區(qū)龍鳳街道革新路機(jī)械廠廠區(qū)新建住宅小區(qū)北面，西隔太古倉(cāng)路與太古倉(cāng)碼頭相望，東臨革新路，東南側(cè)則與現(xiàn)狀天鵝灣花園相鄰?；?xùn)|側(cè)邊線距天鵝灣花園二期住宅（兩層地下室）邊線最短距離為3.8m，天鵝苑二期基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)+樁基礎(chǔ)；基坑南側(cè)邊線距天鵝灣花園一期住宅（一層地下室）最短距離為9m，天鵝苑一期基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)；基坑西側(cè)太古倉(cāng)路有雨、污水管，距離基坑開(kāi)挖邊線最短距離為13m。

該項(xiàng)目擬建一幢5 層綜合樓，為框架結(jié)構(gòu)，建筑高度為19.9m，綜合樓范圍下設(shè)2 層地下室，地下室深度為8.7m，擬采用筏板基礎(chǔ)形式。基坑開(kāi)挖深度為9.1m，支護(hù)結(jié)構(gòu)周長(zhǎng)為220m。根據(jù)場(chǎng)地的巖土工程勘察報(bào)告，該項(xiàng)目場(chǎng)地地層自上而下分布為人工填土（Q4ml）、第四系沖積層（Q4al）及侏羅系（J）基巖三大類，結(jié)合場(chǎng)地周邊的環(huán)境情況，本工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用一排直徑1000mm 的旋挖灌注樁支護(hù)，設(shè)置一道1000mm×1000mm 的鋼筋混凝土內(nèi)支撐，支護(hù)樁間設(shè)直徑600mm的雙管高壓旋噴樁作為止水帷幕。

2 基坑監(jiān)測(cè)

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的基坑設(shè)計(jì)安全等級(jí)、精度要求、基坑周邊環(huán)境及地質(zhì)條件復(fù)雜程度[2]，該項(xiàng)目設(shè)置基坑頂部水平、豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)12個(gè)，支護(hù)樁深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)6 個(gè)，地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)7 個(gè)，支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)10 個(gè)，立柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)10 個(gè)，周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)12 個(gè)，周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)16 個(gè)，周邊圍墻沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)10 個(gè)，形成立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

3 內(nèi)支撐拆除方案

根據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)置和變形情況，內(nèi)支撐體系的拆除應(yīng)分區(qū)分段進(jìn)行，遵循“先次要構(gòu)件，后主要構(gòu)件”的基本原則，即首先拆除基坑的聯(lián)系撐，角支撐，再拆除基坑中部的水平支撐，最后拆除格構(gòu)柱的順序，結(jié)合地下室結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，充分利用地下室結(jié)構(gòu)的梁板進(jìn)行換撐作業(yè)。負(fù)二層地下室頂板結(jié)構(gòu)完成后，在其后澆帶、中隔墻、汽車坡道、非機(jī)動(dòng)車坡道、預(yù)留洞口等位置設(shè)置傳力混凝土塊，將原有支撐力逐步均衡地釋放。待地下室結(jié)構(gòu)梁板與傳力混凝土塊經(jīng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)滿足要求時(shí)，方可開(kāi)始進(jìn)行內(nèi)支撐拆除作業(yè)，對(duì)內(nèi)支撐體系進(jìn)行逐區(qū)逐塊拆除[3]?；拥膬?nèi)支撐拆除時(shí)，應(yīng)選擇基坑監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)相對(duì)較小的部位開(kāi)始，避免基坑因內(nèi)支撐力突然消失而導(dǎo)致基坑周邊變形發(fā)生突變。

該項(xiàng)目基坑周邊的住宅小區(qū)密集，基坑內(nèi)部作業(yè)空間狹小，不便采用機(jī)械破除或爆破拆除的方式，故充分考慮作業(yè)環(huán)保與施工便捷的因素，內(nèi)支撐體系宜選用靜力切割與人工風(fēng)鎬結(jié)合作業(yè)的拆除方式。靜力切割支撐梁前，需在梁底部搭設(shè)腳手架支托，切割完成后，待基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，無(wú)明顯突變后，可將切割下來(lái)的梁體吊運(yùn)走。

4 內(nèi)支撐拆除期間基坑變形數(shù)據(jù)分析

該項(xiàng)目基坑監(jiān)測(cè)工作自2022 年7 月1 日開(kāi)始，截至2022 年11 月30 日，基坑完成土方開(kāi)挖與地下室負(fù)二層結(jié)構(gòu)施工，并設(shè)置好換撐傳力混凝土。內(nèi)支撐體系于2022 年12 月2—13 日進(jìn)行逐塊拆除，拆除順序?yàn)椋合炔鸪幽蟼?cè)兩端角支撐，再拆除北側(cè)兩端角支撐，最后拆除基坑中部的水平支撐期間基坑監(jiān)測(cè)頻率為1d 1 次，先對(duì)內(nèi)支撐體系拆除前后的基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具體對(duì)比分析。

4.1 基坑頂部水平位移分析

2022 年7 月1 日—11 月30 日為基坑土方開(kāi)挖與地下室結(jié)構(gòu)施工階段，基坑四側(cè)的頂部水平位移隨土壓力的釋放而向基坑內(nèi)緩慢增長(zhǎng)，在完成基坑土方開(kāi)挖與地下室底板澆筑后，水平位移變化也逐步趨于穩(wěn)定。在12 月2 日開(kāi)始對(duì)南側(cè)兩端角支撐拆除時(shí)，基坑工況顯著變化，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力體系發(fā)生改變，水平位移再次出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，至12 月13 日，內(nèi)支撐體系全部拆除完成，基坑頂部水平位移變化趨于收斂。以基坑南側(cè)拆撐區(qū)域的頂部水平位移測(cè)點(diǎn)為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)基坑土方開(kāi)挖階段與內(nèi)支撐體系拆除階段的水平位移增量及日變化速率，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 不同工況下的基坑頂部水平位移增量與日變化速率

對(duì)比統(tǒng)計(jì)后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以得出：①無(wú)論是在基坑土方開(kāi)挖，還是內(nèi)支撐體系拆除階段，基坑變形都受空間效應(yīng)的影響，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中部變形大，兩端變形小，而兩端的支護(hù)結(jié)構(gòu)在拆撐期間的位移增量比中部監(jiān)測(cè)點(diǎn)更大，說(shuō)明在支護(hù)受力過(guò)程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)兩端仍有較大的變形冗余量[4]。②以監(jiān)測(cè)點(diǎn)WY8 為例，其頂部水平位移總變形量為16.25mm，內(nèi)支撐拆除期間的位移增量為8.90mm，約占總變形量的55%，內(nèi)支撐拆除階段的變形速率遠(yuǎn)大于基坑土方開(kāi)挖階段，體現(xiàn)了內(nèi)支撐拆除階段的重要性。

4.2 支護(hù)樁深層水平位移分析

支護(hù)樁深層水平位移能客觀地反映基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在深度方向上的變形特征。支護(hù)樁深層水平位移的變化在土方開(kāi)挖期間呈緩慢發(fā)展趨勢(shì)，隨著內(nèi)支撐體系的拆除，變化量迅速增大。CX4 監(jiān)測(cè)孔位于基坑短邊，土方開(kāi)挖完成時(shí)，其深層水平位移最大值為9.78mm，位于支護(hù)樁埋深3.0m 處，內(nèi)支撐拆除完成時(shí)，其深層水平位移達(dá)到最大值為14.49mm，位于支護(hù)樁埋深1.0m處；CX5 監(jiān)測(cè)孔位于基坑長(zhǎng)邊，土方開(kāi)挖完成時(shí)，其深層水平位移最大值為16.32mm，位于支護(hù)樁埋深3.0m處，內(nèi)支撐拆除完成時(shí)，其深層水平位移達(dá)到最大值為27.91mm，位于支護(hù)樁埋深0.5m 處。

支護(hù)樁深層水平位移在內(nèi)支撐拆除過(guò)程中的最大位移增量約占總變形量的50%，與基坑頂部水平位移的變化規(guī)律相符。支護(hù)樁的變形曲線特征同時(shí)還表明，隨著內(nèi)支撐的拆除，深層水平位移最大值點(diǎn)向支護(hù)樁上部移動(dòng)，而位于開(kāi)挖面以下的支護(hù)樁變形受影響較小。通過(guò)對(duì)比基坑長(zhǎng)、短板支護(hù)樁的深層水平位移變形數(shù)據(jù)，可見(jiàn)基坑長(zhǎng)邊的支護(hù)樁變形大于短邊，且支護(hù)樁頂端的變形約束小于短邊，也證明了基坑長(zhǎng)邊的安全風(fēng)險(xiǎn)更大，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要如下：①基坑平面的尺寸效應(yīng)，基坑長(zhǎng)邊整體剛度弱于短邊，更易產(chǎn)生較大變形。②換撐傳力混凝土提供的作用力分散，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗支撐拆除后產(chǎn)生的卸荷應(yīng)力作用有限。

4.3 支撐軸力分析

支撐軸力監(jiān)測(cè)可以直觀地反映基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，力值的變化相較基坑變形量而言，時(shí)效性更強(qiáng)。根據(jù)支撐軸力的變化情況，可以及時(shí)調(diào)整基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，合理分配基坑四周的荷載應(yīng)力，減輕集中荷載效應(yīng)引起的基坑局部變形突增的情況。該項(xiàng)目在基坑的四側(cè)角支撐的主支撐梁上設(shè)置7 組支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)計(jì)軸力值為6800kN，中部水平支撐上設(shè)置3 組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)計(jì)軸力值為8500kN。在基坑土方開(kāi)挖期間，基坑側(cè)壁土壓力的作用力下，支撐軸力增長(zhǎng)緩慢，截至內(nèi)支撐體系拆除前，最大支撐軸力值為3844kN，ZCL8 測(cè)點(diǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)值的59%，支撐軸力的冗余量仍較為充足。在完成換撐施工后，按基坑西南角、東南角、西北角、東北角，中部對(duì)撐的順序依次進(jìn)行內(nèi)支撐體系拆除。每一道支撐的拆除會(huì)對(duì)其他支撐產(chǎn)生很大的影響[5]。每一側(cè)角支撐在拆除時(shí)，相鄰短邊的角支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軸力值會(huì)明顯上升，而相鄰長(zhǎng)邊的角支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軸力卻有所下降，臨近拆除區(qū)域的水平支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)軸力值增量大，而遠(yuǎn)離拆除區(qū)域的水平支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)軸力值增量小。將基坑短邊作為研究對(duì)象，同一基坑側(cè)邊的角支撐拆除時(shí)，由于受力支點(diǎn)減少，基坑荷載重新分配，傳遞至臨近未拆除的角支撐梁上，引起其軸力值的增大，距離越近，影響效應(yīng)越強(qiáng)。對(duì)基坑支護(hù)長(zhǎng)邊，支護(hù)圈梁相當(dāng)于一根受力桿件，中部的水平支撐作為支點(diǎn)，在一端角支撐拆除后，其承受的基坑荷載作用于桿件的一端，形成類似“杠桿”的作用，使得角支撐未拆除的另一端產(chǎn)生對(duì)基坑側(cè)壁的主動(dòng)土壓力，從而減小了對(duì)支撐梁的壓力。水平支撐不僅在基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中，承受支護(hù)結(jié)構(gòu)中部較大的應(yīng)力，抵抗基坑變形，同時(shí)在內(nèi)支撐拆除時(shí)，合理利用其傳力的作用，可改善內(nèi)支撐受力的狀況。

4.4 周邊地表沉降分析

基坑內(nèi)支撐體系拆除之后，支護(hù)樁由于沒(méi)有支撐體系的約束，樁后土壓力的重新分布，使得支護(hù)樁在水平方向上產(chǎn)生向基坑內(nèi)側(cè)的位移，而支護(hù)樁體后方的土體也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)，在豎向上表現(xiàn)為周邊地表的沉降變形。在拆除內(nèi)支撐體系的前后時(shí)間段，對(duì)基坑周邊地表沉降變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷支撐拆除對(duì)周邊環(huán)境的影響程度[6]。以基坑西側(cè)的周邊地表沉降點(diǎn)為研究對(duì)象，對(duì)比內(nèi)支撐拆除不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)變化，分析拆撐施工對(duì)周邊地表沉降的時(shí)間效應(yīng)影響，具體觀測(cè)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 不同時(shí)間段周邊地表沉降變化

在內(nèi)支撐體系拆除期間，周邊地表沉降量未出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，沉降變化速率與前期工況相近；在完成拆撐后的第一周，沉降增量較為明顯，沉降變化速率較大，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，到完成拆撐后的第二周，沉降增量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，沉降變化速率逐步放緩。支護(hù)樁體的側(cè)向變形引起周邊土體的移動(dòng)，這種移動(dòng)是較為緩慢的，主要受限于地質(zhì)條件與空間距離，越是靠近基坑拆撐區(qū)域的測(cè)點(diǎn)沉降量越大。整體來(lái)看，周邊地表沉降的變化動(dòng)態(tài)稍稍滯后于內(nèi)支撐拆除時(shí)期，但這種“滯后的變化”仍需要加以關(guān)注，內(nèi)支撐拆除施工不僅僅影響基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力平衡，也會(huì)對(duì)周邊環(huán)境土體及構(gòu)筑物帶來(lái)顯著改變，在拆撐工作結(jié)束后，繼續(xù)延長(zhǎng)對(duì)周邊環(huán)境的觀測(cè)，才能更精準(zhǔn)地把握基坑及周邊情況的安全穩(wěn)定動(dòng)態(tài)。

5 結(jié)論

本文以某基坑工程為實(shí)例，詳細(xì)地分析了內(nèi)支撐拆除階段中基坑變形監(jiān)測(cè)的要點(diǎn)，總結(jié)各監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化特性，得出以下結(jié)論。

（1）在深基坑內(nèi)支撐體系拆除階段，基坑頂部水平位移及支護(hù)樁深層水平位移的變化規(guī)律與基坑土方開(kāi)挖階段一致，有明顯的尺寸效應(yīng)與空間效應(yīng)，變現(xiàn)為“兩頭小、中間大”“底部小、上部大”，拆撐期間的變形增量約占總變形量的50%，為短期突變?cè)隽俊?/p>

（2）內(nèi)支撐體系拆除過(guò)程中，拆撐的次序?qū)?nèi)支撐的受力再平衡影響顯著，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)得的支撐軸力變化值，合理地調(diào)整拆撐次序，可有效地削弱支撐缺失后帶來(lái)的局部應(yīng)力集中，減輕剩余支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)。

（3）周邊環(huán)境的變化滯后于內(nèi)支撐拆除施工進(jìn)度，在拆撐施工結(jié)束后，周邊環(huán)境的變化仍有明顯發(fā)展，需加以重點(diǎn)關(guān)注，以保證周邊環(huán)境的變形安全。