基于高程基準(zhǔn)網(wǎng)控制點(diǎn)的軟塑地層深基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)

0 引言

在復(fù)雜地質(zhì)條件特別是軟塑地層中進(jìn)行深基坑開挖作業(yè)，往往面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。軟塑地層通常是指土壤中具有較高塑性的淤泥質(zhì)土、粘性土等沉積物土層，這類土層在受力作用下容易發(fā)生較大變形。掌握軟塑地層深基坑的變形特征，對(duì)確保施工安全和工程質(zhì)量至關(guān)重要。李飛[1]根據(jù)深基坑的等級(jí)、施工條件和支護(hù)結(jié)構(gòu)情況，對(duì)某個(gè)深基坑樁體沉降、位移和受力情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與分析。宋九平等[2]對(duì)杭州某個(gè)復(fù)雜環(huán)境下的深基坑進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，并對(duì)其地表沉降、地下水位等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。邵祥順[3以某個(gè)深基坑工程為例，指出其工程施工可能遇到的主要問題，并提出了相應(yīng)的安全管理措施。鐘春霞[4通過分析某高層建筑深基坑的變形特征，提出圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體相互作用產(chǎn)生的受力與變形主要發(fā)生在深基坑的開挖階段。

由以上研究可知，深基坑監(jiān)測(cè)是整個(gè)工程施工的重要內(nèi)容之一。本文以某高教園區(qū)地鐵車站深基坑工程為例，采用高程基準(zhǔn)網(wǎng)控制點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法對(duì)該深基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以期為相似工程深基坑監(jiān)測(cè)提供借鑒。

1工程概況

某高教園區(qū)地鐵車站深基坑工程采用明挖順做法、局部蓋挖法施工。車站建筑物由車站主體、出入口及通道、風(fēng)道及風(fēng)亭三部分組成。根據(jù)鉆孔勘探和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，將場(chǎng)地勘探深度以內(nèi)分為5個(gè)工程地質(zhì)層，部分地質(zhì)層又劃分為亞層、次亞層。

2高程基準(zhǔn)網(wǎng)控制點(diǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1控制點(diǎn)組成和設(shè)置

2.1.1 控制點(diǎn)組成

高程基準(zhǔn)網(wǎng)控制點(diǎn)由基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)組成，基準(zhǔn)點(diǎn)選取各工點(diǎn)就近的深樁水準(zhǔn)點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在不受地鐵施工影響的區(qū)域設(shè)置一定數(shù)量的高程工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)選擇深埋鋼管水準(zhǔn)工作基點(diǎn)，確保點(diǎn)位穩(wěn)定，并便于觀測(cè)。采用原始工點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）配合工作基點(diǎn)組成。工作基點(diǎn)設(shè)置如表1所示。

2.1.2控制點(diǎn)設(shè)置

深基坑工程水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)引用臨近的地鐵精密導(dǎo)線點(diǎn)或是GPS點(diǎn)。根據(jù)深基坑工程現(xiàn)場(chǎng)需要，布設(shè)若干個(gè)工作基點(diǎn)，采用固定觀測(cè)墩的方式埋設(shè)于相對(duì)穩(wěn)定、易于保存、便于通視、遠(yuǎn)離施工影響的區(qū)域。

2.2 監(jiān)測(cè)與觀測(cè)

2.2.1建筑物沉降變形監(jiān)測(cè)

深基坑周邊建筑物沉降變形監(jiān)測(cè)采用工作基點(diǎn)之間聯(lián)測(cè)一條水準(zhǔn)閉合線路進(jìn)行，通過線路工作基點(diǎn)測(cè)量各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置高程，測(cè)量三次取平均值。本次測(cè)量高程減去前次高程為本次沉降量，本次高程減去初始高程為累計(jì)沉降量。

2.2.2圍護(hù)墻體位移量監(jiān)測(cè)

采用測(cè)斜管對(duì)深基坑圍護(hù)墻體進(jìn)行深層水平位移量監(jiān)測(cè)，其位移量計(jì)算公式如下：

ΔX_i=X_i-X_io

式中： X_i 為 i 深度的本次位移量（mm）； L 為探頭的長度（mm）； j 為傾角； C 為探頭的標(biāo)定系數(shù)，1.0m點(diǎn)距的情況下 C 為0.02； A_j 為儀器在 0^° 方向的讀數(shù)； B_j 為儀器在 180^° 方向的讀數(shù)； ΔX_i 為 i 深度的累計(jì)位移量（精確至 ； X_io 為 i 深度的初始位移量（mm）。

2.2.3坑外潛水位觀測(cè)

深基坑外側(cè)潛水水位的初始值在開工前2＼～3d測(cè)定，在晴天連續(xù)觀測(cè)其水位。若遇雨天，在雨天后1＼～2d測(cè)定初始值，以減小外界因素的影響。水位的初始觀測(cè)應(yīng)連續(xù)測(cè)量3次，取其穩(wěn)定的平均值作為初始值。歷次水位觀測(cè)時(shí)，使用鋼尺水位儀測(cè)量水位管口內(nèi)的水位深度。測(cè)量時(shí)，在探頭剛接觸水面時(shí)慢慢將探頭拉出水面讀數(shù)一次；在探頭剛離開水面時(shí)再讀數(shù)一次，取兩次平均值作為水面深度。

3深基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

3.1深基坑周邊建筑物豎向位移

3.1.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

深基坑周邊建筑物為某河坎擋墻及某橋梁，其中河坎擋墻分布位于深基坑?xùn)|側(cè)，最近距離約為 28m ；橋梁位于深基坑中部東側(cè)，最近距離約為 35m 。河坎擋墻豎向歷時(shí)位移如圖1所示，橋梁豎向歷時(shí)位移如圖2所示。

圖1和圖2中，包含了各測(cè)點(diǎn)在深基坑圍護(hù)施工、土方開挖以及主體結(jié)構(gòu)施工過程中，建筑物豎向位移全過程監(jiān)測(cè)數(shù)值。其中JGC1系列測(cè)點(diǎn)設(shè)置在河坎擋墻上，JGC2系列測(cè)點(diǎn)設(shè)置在橋梁上。

3.1.2河坎擋墻豎向歷時(shí)位移分析

由圖1可知，在圍護(hù)施工過程中，各測(cè)點(diǎn)變化幅度相對(duì)較小，測(cè)點(diǎn)最大正向位移為5mm（JGC1-10測(cè)點(diǎn)），最大負(fù)向位移為5.6mm（JGC1-11測(cè)點(diǎn)）。隨著土方開挖的進(jìn)行，各測(cè)點(diǎn)的豎向位移的波動(dòng)性逐漸增大。在土方開挖前期豎向位移增幅較小，隨著土方開挖量的增加，測(cè)點(diǎn)豎向位移波動(dòng)增大，測(cè)點(diǎn)最大正向位移為9.1mm（JGC1-10測(cè)點(diǎn)），最大負(fù)向位移為 13.2mm （JGC1-11測(cè)點(diǎn)），可見土方開挖對(duì)河坎擋墻的影響較大。

隨著主體結(jié)構(gòu)繼續(xù)施工到完工，各測(cè)點(diǎn)豎向位移呈波動(dòng)性的先增加后減小至穩(wěn)定的過程。其中，正向位移最大由 12.3mm 減小為 9.7mm （JGC1-5測(cè)點(diǎn)），負(fù)向位移最大由 10.8mm 減小為 9.9mm （JGC1-10測(cè)點(diǎn)）。從以上全過程的監(jiān)測(cè)可以看出，土方施工對(duì)河坎擋墻的影響是較大的，尤其到土方開挖后期，隨著建筑主體的完工，河坎擋墻豎向位移逐漸減小，但相較于施工前依然有10mm左右的位移量。

3.1.3橋梁豎向歷時(shí)位移分析

由圖2可知，橋梁在圍護(hù)工程施工和土方開挖過程中的豎向位移較小，在圍護(hù)施工全過程和土方開挖前期，橋梁最大正向位移為 2.4mm （JGC2-4測(cè)點(diǎn)），最大負(fù)向位移為5.8mm（JGC2-2測(cè)點(diǎn)）。在土方開挖中、后期，橋梁豎向位移出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，最大正向位移為5.1mm（JGC2-4測(cè)點(diǎn)），最大負(fù)向位移為12.8mm（JGC2-2測(cè)點(diǎn)）。隨著主體結(jié)構(gòu)繼續(xù)施工到結(jié)束，橋梁仍有6mm左右的正負(fù)向豎向位移，但是施工對(duì)橋梁的影響明顯小于對(duì)河坎擋墻的影響。

3.1.4建筑物豎向位移綜合分析

綜合分析認(rèn)為，深基坑的圍護(hù)、開挖、結(jié)構(gòu)工程施工對(duì)河坎擋墻及橋梁沉降影響不明顯，其原因主要是距離深基坑較遠(yuǎn)。但是在建筑物主體結(jié)構(gòu)工程施工過程中，發(fā)生了不均勻沉降。初步分析其原因是由于建筑物后期附屬結(jié)構(gòu)施工需要進(jìn)行交通導(dǎo)改，需要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行圍堰回填及橋面修復(fù)施工，因此導(dǎo)致建筑物發(fā)生不均勻沉降。

3.2深基坑外側(cè)水位變化

3.2.1坑外水位變化情況

深基坑周邊共設(shè)置水位孔12個(gè)，沿深基坑四周等間距設(shè)置，潛水水位孔的深度約為 13m. 。深基坑外側(cè)潛水位歷時(shí)變化如圖3所示。

3.2.2坑外水位變化原因分析

由圖3可知，坑外潛水水位表現(xiàn)為不規(guī)則曲線起伏變化，形成上下起伏波。深基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高、墊層及底板澆筑完成后，水位變化比較穩(wěn)定。坑外正潛水位最大值為 490mm ，負(fù)潛水位最大值為 -590mm 。在土方開挖中后期，潛水位監(jiān)測(cè)過程中遇到降雨，淤泥質(zhì)土處于吸水和蒸干過程，使測(cè)得的坑外潛水位波動(dòng)較大，但總體區(qū)間仍然在 -600～+500mm 之間。隨著深基坑內(nèi)主體結(jié)構(gòu)的施工，及支撐拆除期間，坑外潛水水位變化較平緩部位發(fā)生突變時(shí)，均有雨水進(jìn)入、滲透較慢等因素影響。

3.3圍護(hù)墻體豎向位移

3.3.1深基坑?xùn)|側(cè)圍護(hù)墻體豎向位移

深基坑?xùn)|側(cè)圍護(hù)墻體頂部豎向位移如圖4所示。由圖4可知，深基坑?xùn)|側(cè)圍護(hù)墻體頂部豎向位移在土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工過程中，呈先增加后減小的趨勢(shì)。在土方開挖前期，東側(cè)圍護(hù)墻頂豎向位移較小，正向位移最大值為 4.8mm （ZQC12測(cè)點(diǎn)），負(fù)向位移最大值為-1.7mm （ZQC10測(cè)點(diǎn)）。

隨著土方施工進(jìn)入中后期，東側(cè)圍護(hù)豎向位移逐漸增加，正向位移最大值為9.9mm（ZQC10測(cè)點(diǎn)），負(fù)向位移最大值為 -5.3mm （ZQC04測(cè)點(diǎn)）。進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)施工階段，東側(cè)圍護(hù)墻頂豎向位移逐漸回縮，累計(jì)的正向位移最大值為 5.6mm （ZQC10測(cè)點(diǎn)），負(fù)向位移最大值為-5.0mm （ZQC04測(cè)點(diǎn)）。

3.3.2深基坑西側(cè)圍護(hù)墻體豎向位移

西側(cè)部分墻頂沉降點(diǎn)歷時(shí)沉降曲線如圖5所示。由圖5可知，相比于東側(cè)圍護(hù)墻頂向正負(fù)兩向位移，西側(cè)圍護(hù)墻頂在土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工過程中，向正向位移多一些。隨著土方開挖的進(jìn)行，西側(cè)墻頂豎向位移逐漸向正向增加，正向位移最大值達(dá)到 10.8mm （ZQC17測(cè)點(diǎn)），正向位移最小值為 2.0mm （ZQC22測(cè)點(diǎn)）。進(jìn)入到主體結(jié)構(gòu)施工階段，西側(cè)圍護(hù)墻頂位移回縮，并出現(xiàn)負(fù)向位移，累計(jì)的正向位移最大值為 7.2mm （ZQC22測(cè)點(diǎn)）、負(fù)向位移最大值為 -3.1mm （ZQC24測(cè)點(diǎn)）。

3.3.3圍護(hù)墻體豎向位移綜合分析

綜上所述，隨著深基坑土方的相繼開挖，大面積土方卸載，坑底土體應(yīng)力釋放，淤泥質(zhì)土層在自穩(wěn)過程中帶動(dòng)墻體輕微抬升。在深基坑內(nèi)各道支撐形成后，對(duì)下層土體進(jìn)行疏干降水引起坑底土體固結(jié)的疊加影響，致使圍護(hù)頂圈梁測(cè)點(diǎn)豎向位移表現(xiàn)出較為明顯的短期波浪式起伏的變化過程。

總體來看，墻頂逐漸輕微下沉，表明淤泥質(zhì)軟土的應(yīng)力釋放回彈抬升量小于降水、開挖擾動(dòng)、土體自穩(wěn)過程等因素引起的墻體下沉量。深基坑土方開挖結(jié)束至大部分底板澆筑完成，受底板與上部結(jié)構(gòu)大方量混凝土的整體壓重影響，坑底土方產(chǎn)生較大的荷載增量，對(duì)坑內(nèi)土體回彈產(chǎn)生了一定的抵消作用，造成圍護(hù)墻體頂部測(cè)點(diǎn)沉降基本趨于穩(wěn)定。總之，深基坑圍護(hù)墻體頂部豎向位移量較小。

4結(jié)束語

通過對(duì)深基坑周圍建筑物豎向位移監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，深基坑施工對(duì)河坎擋墻的影響大于橋梁，但是對(duì)這兩個(gè)主要建筑物的影響均在可控的安全范圍之內(nèi)。通過對(duì)圍護(hù)墻體的豎向和水平位移監(jiān)測(cè)可知，淤泥質(zhì)軟土的應(yīng)力釋放回彈抬升量小于降水、開挖擾動(dòng)、土體自穩(wěn)過程等因素引起的墻體下沉量，深基坑圍護(hù)墻體頂部豎向位移量較小。通過對(duì)坑外潛水位監(jiān)測(cè)得知，潛水位在整個(gè)施工階段沒有出現(xiàn)明顯的整體變化，只是土方開挖過程趕上雨季，使坑外潛水位受降雨和土壤吸水蒸發(fā)的影響出現(xiàn)波動(dòng)變化。

參考文獻(xiàn)

[1]李飛.福州地區(qū)某深基坑工程變形監(jiān)測(cè)及分析[J].建筑與預(yù)算，2023（12）：43-45.

[2]宋九平，徐青楊.復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S2）：2585-2588.

[3]邵祥順.高層房屋建筑深基坑工程施工安全管理研究[J].工程技術(shù)研究，2024，9（4）：152-154.

[4]鐘春霞.高層建筑深基坑開挖監(jiān)測(cè)與變形特性分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S2）：2594-2597.