高層建筑深基坑工程監測的應用實踐

鄭 輝 趙志川

隨著社會經濟的發展,高層建筑出于結構和功能應用上的需要,不斷加大和加深對地下空間的利用,基坑開挖的深度隨之增大,從幾米一直發展到幾十米深。在基坑開挖過程中,土體應力狀態發生改變,由靜止土壓力狀態轉變為被動土壓力狀態,引發基坑內外土體變形,直接影響到基坑本身與周圍鄰近建筑以及地下管線等設施的安全。鑒于土體性狀、基坑施工條件及其過程的復雜性,迄今無精確方法可以計算基坑變形,而基坑工程是臨時性工程,投入的資金一般有限,伴隨的風險也比較大。本文以杭州市區某深基坑工程的監測為例,對監測技術在深基坑工程中的應用作一介紹與分析。

1 工程概況

某工程總建筑面積31650m2,占地面積 3000m2,擬建建筑物為綜合樓(16層)及地下室2層等,最大單柱荷載約16000kN。本工程設2層地下室,地下室采用樁基承臺基礎,工程樁采用鉆孔灌注樁。基坑主要開挖深度為11.2m,10.90m,屬一級基坑。

根據地質勘察報告,基坑開挖影響范圍以內的土層自上而下分布依次為雜填土,粉土,淤泥質粉質黏土以及粉質黏土。基坑周邊環境為:基坑北側為2幢保留的已有建筑(5層、12層),圍護樁中心線距離建筑最近10.6 m;基坑東側為小巷,圍護樁中心線距離用地紅線最近約5.8 m;南側為大街,圍護樁中心線距離用地紅線最近約6.6 m;基坑西側為小巷,圍護樁中心線距離用地紅線最近約3.4m,巷內有雨水管和污水管。

2 基坑監測目的

深基坑工程的理論和技術目前還不盡成熟,每個深基坑的條件不一,在基坑開挖與施工過程中,存在著時間和空間上的延滯,以及降雨、堆載、挖機撞擊等各項偶然因素的作用,使得基坑工程具有其復雜性和不確定性。因此,必須對基坑施工過程進行實時監測,只有做好現場動態監測,實行信息化施工,才能及時獲取基坑開挖過程中土體受力與變形情況,掌握基坑開挖對周邊環境的影響,以便能及時采取措施為調整設計方案提供科學的依據。

3 監測內容

根據本基坑工程特點,主要確定以下監測內容:圍護結構水平位移10點;支撐軸力監測14組;地下水位監測12點。其中,水平位移監測、支撐軸力監測以及地下水位監測在正常情況下坑深大于2 m后挖土期間每天1次,其余時間1 d～3 d 1次,當出現異常情況后,調整為每天監測2次。此外,另行布置了50個沉降監控點以監測周邊建筑物和道路在施工期間的沉降。根據本基坑設計,確定警戒值為基坑周邊最大水平位移超出40mm或坑頂水平位移連續3 d大于3 mm/d。地下水位單日下降超過1000mm,或者每天超過500mm。支撐軸力的預警值為6000kN。

4 主要監測方法

1)深層土體水平位移觀測。深層土體水平位移通過埋設測斜管采用測斜儀進行監測。測斜管是采用特制的硬性聚氯乙烯塑料管,埋設在基坑外側的土體中,認為測斜管底端是不動點,各點相對于底端的位移即為該處的水平位移。具體測試方法為:將測斜儀感應方向對準側向位移方向導槽內,將測斜儀輕輕滑至管底,停置片刻使其穩定并測其讀數,提升測斜儀每隔0.5 m測讀一次,直至管口。然后將測斜儀旋轉180°插入同一對導槽內,按上述方法重復測試一次,消除儀器誤差。2)水位觀測。水位觀測孔的布設以能達到監測目的為原則,在基坑開挖以前埋設。水位觀測孔采用φ 50PVC管,間隔打孔后用紗布包裹,埋設在孔徑108鉆孔中。3)支護結構主要受力構件內力監測。頻率儀和鋼筋計一般采用鋼弦式,鋼筋計型號必須與所測鋼筋的直徑一致。一般在綁扎所測構件的鋼筋籠時將鋼弦式鋼筋計的兩端與主要受力筋對焊在一起,接頭處再用鋼筋綁焊,一個斷面至少需安裝2只鋼筋計以推算斷面的受力情況。鋼筋計的導線端口應予以保護。

5 監測結果分析

本基坑對深層土體水平位移的監測布置了10根測斜管,除基坑東側CX3在開挖后不久被堆載長期掩埋而無法測試外,其余均工作正常。從對土體深層水平位移監測的情況看,最大水平位移發生在基坑北側的CX6,如圖1所示。從圖1可見,基坑開挖工作從4月下旬開始以來,土體深層水平位移隨著施工的進行在逐漸增大。本基坑是從西北向東南方向分段分層開挖的,5月期間CX06水平位移增長最為顯著,而后隨著基坑左半部分施工的逐漸到位,CX06的水平位移增長逐步放緩并趨于穩定。鑒于本工程支護體系的特點,土體沿深度的水平位移呈上下小、中間大的形態,最大位移值35.5 mm,發生在深度約9 m的位置。

根據對14組支撐軸力的監測情況,ZL1-3～ZL1-5軸力增幅最大,超過了警戒值。圖2給出了位于基坑左半部分的ZL0-1～ZL1-5的軸力隨時間變化的曲線。自5月后,隨著開挖工作的深入,軸力在快速增長,在5月底達到并開始超過警戒值。對于ZL1-3～ZL1-5軸力超過警戒值的情況,施工各方進行了研究,認為軸力大幅增長的重點是在ZL1-3和ZL1-4所在支撐,其他支撐軸力情況總體基本表現正常。ZL1-3和ZL1-4所在支撐在整個支撐體系中處于不利位置,長度較長,特別是ZL1-4。在實際工程中,混凝土收縮、徐變以及溫度等非荷載因素同樣可以引起軸力的變化。從對現場檢查情況來看,支撐構件表觀正常,未出現異常裂縫。因此,研究決定:1)加大監測頻率,密切進行觀測;2)對基坑西側進行針對性抽水,適當降低孔隙水壓力,緩解軸力的進一步發展。在進行針對性抽水后,ZL1-3和ZL1-4的軸力逐漸開始穩定,ZL1-4超出報警值約58%。

圖3給出了各測點的水位隨時間變化的曲線。由于該基坑在市區,周圍臨近建筑物與道路,因此對基坑外圍井點降水力度進行了嚴格控制。各測點的水位在施工期間總體變化較平穩,累計水位降幅一般控制在2 m以內,但位于基坑西側的水位測點SW8和SW9的水位在6月份曾有一個明顯的下降,主要是當時為緩解ZL1-3和ZL1-4所在支撐軸力快速增長而進行了抽水的原因。

本基坑工程從4月下旬開始,至9月下旬基本結束。從實測情況看,盡管部分監測數據超過了預警值,但從其他監測數據以及現場情況綜合分析判斷,地下室施工期間基坑是安全的。

6 結語

研究表明,深基坑工程的設計與施工是十分復雜的,迄今沒有精確的方法可以預測土體各項參數變化,任何基坑設計與施工必須輔以基坑監測才能及時發現問題、預測情況。只有及時準確的進行現場監測,才能驗證支護結構設計,為施工提供實時反饋,從而指導基坑開挖和支護結構施工,切實保障施工安全。

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