樁錨支護體系下深基坑工程的變形監測分析

鄧祖裕 張兆龍 梁笑寒

(1.調峰調頻發電公司，廣東 廣州 510630;2.奧雅納工程咨詢(上海)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

隨著城市建設的逐步發展，城市用地越來越緊張，因此，基坑的深度越挖越深，以滿足或緩解用地的緊張，但是進而帶來的是基坑支護難度的增加［1］。深基坑支護工程作為國家規定的、具有較大危險性的工程之一，施工技術復雜，施工不確定因素較多，安全隱患較多，風險性大［2，3］。考慮各種不利因素，應在基坑施工過程中建立安全監測預警系統。

本文以某深基坑工程為例，針對工程特點及實際情況，制定基坑安全施工監測方案。通過對其樁錨支護體系組成部分的錨桿軸力、支護結構的變形及周邊建筑物沉降等進行施工全過程的動態監測，了解其變化規律及變形特性，及時反饋監測信息，安全施工。

1 工程概況

某項目共三棟建筑，均為高層建筑。其中，A樓建筑高度74 m，共15層，為框架—剪力墻結構;B，C樓分居A樓東西兩旁，建筑高度均為38.8 m，共8層，為框架結構。三棟建筑共用連體的3層地下室，地下建筑面積約45 000 m2。基坑總面積約15 700 m2，支護總長度約567 m，開挖深度14.0 m～15.2 m。

基坑西側緊靠城市市政道路，其下埋設有城市市政電纜、電信及排水管道等;南側緊靠城市規劃道路，該規劃道路另一旁為某工業用房;東側為他方建設空置地;北側為該項目二期開發用地，可作為施工臨時用地。

2 地質條件

擬建場地位于廣州市番禺區，屬于珠江三角洲沖積平原腹地，原始地貌為剝蝕殘丘，經填土整平后整個地塊總體上比較平坦。根據前期的工程地質詳細勘察報告，基坑開挖范圍內各土層的物理力學性能指標見表1。

表1 各土層物理力學性能指標

3 基坑支護設計

該基坑開挖深度為14.0 m～15.2 m，屬于深基坑工程，考慮到支護結構變形過大會對基坑自身、周邊建筑物、地下管線及地下室結構施工等影響較大，確定基坑安全設計等級為一級，取γ0=1.1。

綜合考慮各種不利影響因素，結合基坑工程實際情況，確定本基坑支護采用東、南、西三側旋挖鉆孔灌注樁+預應力錨索結合放坡及北側多級放坡+掛網噴錨的支護形式，南側及北側局部考慮到地下水較豐富，采用攪拌止水樁。支護樁直徑800 mm，間距1 300 mm，樁間掛網噴錨(100 mm厚)止水;攪拌樁直徑800 mm，間距600 mm。一樁一錨，設2道或3道錨索，錨索直徑150 mm，采用4根φs15.2鋼絞線，樁錨支護體系如圖1所示。

圖1 樁錨支護體系

4 基坑監測方案

4.1 基坑監測內容

為了能夠在基坑開挖及地下室施工期間，準確地反映出樁錨支護體系、周邊建筑物等變形發展情況，確保基坑及周邊建筑物的安全，根據基坑開挖深度、支護結構特點及所處周邊環境條件，并按照相關技術規程［4］，對該深基坑工程進行安全監測，建立預警預報系統。本基坑按一級基坑進行監測，主要監測項目和監測控制指標見表2，監測點布置如圖2所示。

表2 監測項目和監測控制指標

4.2 基坑監測周期及頻率

基坑監測從基坑土方開挖時開始至地下室回填至±0.000時結束，并進行全過程動態監測。各監測項在基坑施工前應測得穩定的初始值，且觀測次數不應少于2次。一般基坑正常開挖期間，每2 d～3 d觀測1次，當土方開挖至基坑底10 d內，每1 d觀測1次。地下室施工期間，每3 d～5 d觀測1次。

5 監測結果分析

圖2 基坑監測布置圖

考慮到基坑工程、地下室工程等施工過程長，監測點多，數據量大，限于篇幅，數據采集從第一次監測開始至墊層混凝土澆筑后一個月內。

5.1 周邊建筑物沉降分析

圖3 周邊建筑物沉降變化曲線

由圖3可以看出，0 d～10 d期間，該曲線呈近似水平狀，說明此階段基坑開挖施工對周邊建筑物的影響很小;10 d～90 d期間內，曲線呈不斷下降的趨勢，說明此階段隨著土方開挖的不斷加快，導致支護結構和基坑外側土體變形增大，從而引起周邊建筑物沉降加快，其累計最大沉降量已達到6.1 mm，但仍未超過累計報警值30 mm，說明周邊建筑物沉降仍在安全可控范圍內。從90 d后，隨著土方開挖結束及墊層混凝土澆筑完成，該沉降曲線呈現出先緩慢上升后接近水平的趨勢，說明此后周邊建筑物的沉降慢慢趨于穩定。

5.2 樁頂水平位移分析

圖4 水平位移變化曲線

從圖4可以看出，0 d～10 d期間，位移曲線變化趨勢不明顯，近似水平，說明前期土方開挖對樁頂水平位移影響較小;10 d～100 d期間，位移曲線快速上升，說明隨著土方開挖的不斷進行，使得基坑外側土壓力不斷釋放，支護樁變形不斷增大，從而導致樁頂水平位移不斷變大;100 d以后，位移曲線變化開始逐漸變緩，接近水平，說明此后樁頂位移變化趨于穩定。總體上說，累計最大位移發生在WY10監測點，約為13.4 mm，未超過累計報警值30 mm，說明樁頂水平位移變形在安全可控范圍內。

5.3 深層水平位移分析

從圖5a)曲線可知，樁體側向位移始終向基坑內側發展，開挖前期，前后兩條曲線變化明顯，說明前期支護樁側向變形增大明顯，主要原因是土方開挖過大而基坑外側土壓力快速釋放導致的。開挖后期，前后兩條曲線變化不明顯或基本趨于重合，說明后期樁體側向變形慢慢趨于穩定。

圖5 樁體變形曲線

圖5b)為側向位移最大時，CX1～CX4樁體側向位移分布曲線。由圖5b)可知，各支護樁側向位移變化曲線大致相同，側向位移沿著基坑深度逐漸減小，最大值基本都在樁頂冠梁附近處，而樁底位移接近于零，樁體變形類似于懸臂梁結構。所有支護樁累計最大側向位移發生于CX3，為14.2 mm，約位于埋深0.5 m處，但未超過累計報警值30 mm，說明支護樁側向變形在安全可控范圍內，基坑穩定，安全可靠。

5.4 預應力錨索拉力分析

圖6 第一排錨索拉力變化曲線

由圖6可以看出，第一排預應力錨索鎖定后，測得的錨索拉力較小，在外界條件變化不大的情況下是穩定的。而一段時間后，錨索拉力值突然增加，然后下降，最后慢慢趨于穩定，說明土方在開挖過程中，由于開挖的不連續性，使得支護結構與土體反復作用，導致錨索拉力不斷變化。整個開挖過程中，第一道錨索最大拉力值為218 kN，發生在MS3處，未超過報警值，說明第一排錨索內力變化在安全可控范圍內。

圖7 第二排錨索拉力變化曲線

由圖7可以看出，曲線剛開始變化不明顯，說明第二排預應力錨索鎖定后，土方開挖對其影響不大，錨索拉力變化較小。而之后曲線開始出現小幅變化，說明第二排錨索下部土體的反復開挖對錨索軸力有影響，但影響不大，后期曲線又漸漸趨于穩定。整體上說，第二排錨索軸力變化不劇烈，說明從張拉鎖定直到墊層混凝土澆筑完成后，拉力值一直比較穩定。

6 結語

1)深基坑工程是一項綜合性很強的系統工程，其施工過程既要保證自身的安全及穩定，又要減少對周邊建筑物、地下管線等的影響，最終保證地下室工程順利施工及土方回填，所以深基坑工程安全監測顯得尤為重要。

2)通過對監測數據分析，表明在基坑開挖過程中，支護樁的樁頂水平位移、周邊建筑物沉降等均呈現為開挖前期變化不明顯、開挖中期快速增加、開挖后期趨于穩定的變化規律。

3)樁體側向位移隨著開挖的進行不斷增大，但開挖后期又慢慢趨于穩定。側向位移沿基坑深度分布基本類似于懸臂梁結構;錨索軸力在基坑開挖前期變化較大，之后逐漸趨于穩定。

4)通過對監測數據的分析，可以看出各監測項目累計最大變形值均未超過報警值，表明該深基坑工程樁錨支護設計方案是合理的，基坑穩定，安全可靠，基本滿足了施工要求。

［1］許貴生，柳 茵.樁錨支護結構在深基坑中的應用分析［J］.山西建筑，2014，40(4):65-67.

［2］孫鳳江，段 浩.深基坑監測的目的及項目和方法［J］.山西建筑，2010，36(27):116-118.

［3］王海飆，楊海旭，張 華.深基坑工程施工安全監測與預警［J］.建筑技術，2010，41(3):257-260.

［4］JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］.