深基坑變形監測與分析

方 成 名， 蘇 波， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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深基坑變形監測與分析

方 成 名， 蘇 波， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

以成都某深基坑工程為研究對象，對支護結構的變形展開了監測分析，在統計研究監測數據的基礎上，得出了基坑開挖及開挖完成后支護結構頂部水平位移、頂部沉降、深層水平位移隨時間變化曲線，探索了變形機理和發展趨勢，同時提出了改善變形的幾點建議，可為類似工程提供技術參考。

深基坑；變形監測；沉降；水平位移

1 概 述

隨著城市建設的不斷發展，基坑工程獲得了廣泛應用。但我國深基坑工程事故卻頻頻發生。大量事實說明：深基坑雖然為臨時性工程，但其重要性不容忽視。進行信息化施工，實時監測已經得到了業內人士的廣泛認同[1]。成都市某深基坑工程周邊環境復雜，四周均為道路，其中一條為主干道。因此，如何有效控制基坑變形、防止基坑對周邊建筑物和市政道路造成不良影響意義重大。筆者結合該工程實例，重點分析了基坑的變形成因及規律，對監測數據進行了分析，歸納出一些具有參考價值的結論。

該工程項目位于成都市成華區駟馬橋街以東、昭覺寺橫路以西的川陜路與昭覺寺橫路交匯處。在建項目建筑總面積約為363 100 m2，項目由1棟27F公寓樓、10棟31～32F住宅樓、2棟21～23F辦公樓及2～5F附屬商業樓組成，項目整體設4層地下室，地下室基礎埋深約為15 m。

根據地勘報告，將該場地按時代和成因劃分為五個工程地質層，即：①第四系全新統填土層(Q4ml)，②第四系上更新統沖洪積粘性土層(粘土、粉質粘土、粉土)(Q3al+pl)，③第四系上更新統沖洪積細砂層(Q3al+pl)，④第四系上更新統沖洪積砂卵石層(Q3al+pl)，⑤白堊系夾關組泥巖層(K1j)。

2 施工方案的選擇

為節約施工成本，在保護鄰近構筑物和地下設施的同時，如何安全有效的進行地下水控制需選擇合適的支護方式。根據成都地區近年來基坑支護工程取得的經驗，所選定的基坑支護方案為：基坑周邊采用“單排鉆孔灌注樁+三排預應力錨索”結構的支護型式。施工降水將改變項目周邊的水文地質條件，主要表現在兩個方面：其一，造成地下水位下降；其二，形成潛蝕現象，但其影響是在一定范圍內發生的。地下水位下降的影響隨距離的遠近呈對數關系下降。潛蝕現象僅僅發生在降水井附近很小的范圍內。據成都市多年來對降水工作的調研，場地地層結構為卵石層二元結構，該項目場地地下水主要賦存于卵石層中，地下水位的下降對周邊建筑物沉降變形的影響較弱。因此，我們最終決定采用管井降水的方式降低地下水，其特點是支護空間充足，支護結構與降水同時施工，從而大大縮短了工期。對周圍鄰近建筑物、道路和地下管線不致造成危害，能有效保證基坑開挖的安全。

3 基坑監測

3.1 基坑監測的目的與布設

為確保基坑施工安全順利進行，保護周邊建筑物和市政道路，項目部對該項目施工進行了24 h的系統監測，以及時掌握圍護結構、周圍土體的受力與變形情況，使基坑處于安全穩定的監控之中，基坑監測點布置情況見圖1。

(1)基坑頂部的沉降監測和位移監測共設置地表觀測點各30個，位移觀測點設在基坑支護樁冠梁頂部。本期施工僅涉及12個觀測點。

(2)設置臨近建筑物沉降觀測22點。

3.2 周邊建筑物監測頻率

圖1 基坑監測點平面布置圖

根據施工進度，在基坑開挖前將建筑物和地坪的沉降監測點布設完畢并進行初始數據的觀測，同時進行裂縫調查和記錄。進行了位移監測點的布設并進行了位移初始數據的觀測[2]。監測頻率及報警值見表1。

表1 監測頻率及報警值表

遇到較大降雨時以及觀測值達到預警值時應加密觀測。當基坑回填完畢至±0.00時，整個基坑監測工程結束。

3.3 基坑監測結構的數據分析

定期進行觀測成果匯總并繪制沉降(s)～時間(t)、水平位移(L)～時間(t)關系曲線圖，每三天對繪制圖形及觀測結果集中進行討論，分析變形是否過大及是否趨于穩定并確定是否需要采取補救措施。

(1)基坑支護結構頂部沉降結果分析。

數據采集時間為2015年3月15日～9月5日。由圖2可知：支護結構頂部沉降值除開挖初期速率較快外，總體沉降量并不大，主要是在開挖初期，隨著降水工作的進行，土壤排水固結，基坑周邊地表水水壓力會發生轉移、消散，不但打破了原有的力學平衡，使土體中的有效應力增加，在建筑物自重不變的情況下產生了沉降變形；另一方面，由于基坑降水后形成的漏斗使水力梯度增加，所產生的滲透力將作為體積力作用在土體上而引起變形。幾條曲線形狀相似，斜率相近，斜率變化點基本在30 d處，沉降速率明顯減小，即基坑開挖完成后沉降量雖然繼續加大，但變形趨于平緩，此后以穩定的速率發展。開挖完成后，變形并沒有即時收斂，這是因為從基坑開挖到開挖完成乃至建筑物建成后土壓力一直隨時間而變化。開挖完成后，由于底板沒有及時澆筑，暴露的時間將近2個月，在這段時間內，土體的流變性表現比較明顯。由于土體流變是一個緩慢的過程，因此其內力的增加也是一個緩慢、持續的過程。內力的增加將導致變形的增加，故基坑開挖完成后應盡早澆筑底板，進行地下室的施工。

圖2 頂部沉降(s)—時間(t)關系曲線圖

(2)基坑支護結構頂部水平位移結果分析。

支護結構的水平位移過大將導致圍護結構本身出現破壞、失穩乃至對周圍建筑物、市政設施以及地下管線造成破壞。因此，對水平位移的監測成為基坑工程的一個重要環節，我們在12個頂部水平監測點中選取了6個，取基坑西南角的頂部水平位移結果繪制出時間位移曲線(圖3)，數據采集時間與(1)相同。由圖3可知：土體水平位移沿基坑周邊的分布并不均勻。隨著基坑的開挖，基坑周圍的土體產生較大的水平位移，30 d后水平位移曲線變得比較平緩，說明開挖過程中土體受擾動大。開挖完成后，支護結構兩側的受力趨于穩定，故位移緩慢穩定地增長。但是，隨著時間的延長，變形速率呈上升態勢，說明土體流變效應逐漸表現明顯。許多資料表明：支護結構的大變形均發生在底板混凝土澆筑前，地下室混凝土底板澆筑完成后變形一般趨于穩定，不再增長[3]。根據流變學原理，開挖是土體卸載的過程，而土體蠕變呈現出的典型曲線首先是瞬時彈性變形和瞬時塑性變形，開挖過程中的變形主要是這兩者的體現，然后曲線表征土體處于粘性流動狀態，反映為基坑變形的滯后效應。如果應力足夠大而使土體處于穩定蠕變階段，那么，變形將緩慢發展，而變形發展到一定階段往往會導致蠕變破壞。因此，應減少無支撐暴露的時間，加快底板混凝土的澆筑，防止因土體流變而產生過大的位移[4]。

圖3 頂部水平位移(s)—時間(t)關系曲線圖

4 結論及建議

(1)基坑一旦開挖，支護結構的應力和變形都會不斷變化。因此，實時監測并掌握施工動態、分析變形、指導后續施工，使其向有利的方向發展非常重要。

(2)土體開挖對基坑支護結構變形具有較大的影響，開挖過程中變形較大，開挖過程中及時設置預應力錨桿能有效地控制變形。

[1] 劉國彬,王衛東.基坑工程手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業出版社,2009.

[2] 江正榮.建筑地基與基礎工程施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.

[3] 林宗元.巖土工程治理手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.

[4] 李 俊,張小平.某基杭位移、沉降和內力實測結果及預警值討論[J].巖土力學,2008,29(4):1045—1052.

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-10

方成名(1966-)，男，重慶云陽人，分局黨委書記兼副分局長，高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

蘇 波(1989-)，男，四川綿陽人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

鄧樹密(1971-)，男，四川廣安人，基礎工程分局總工程師，教授級高級工程師，從事水利水電、工業與民用建筑工程工程施工技術與管理工作.

TV552;TV551

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1001-2184(2016)06-0092-03