沈陽北站人防工程深基坑支護變形監測分析

王學軍

摘要：本文通過對沈陽北站Ⅰ區人防工程深基坑的圍護樁頂水平位移、樁側土壓力、混凝土支撐軸力、臨時立柱樁隆起以及基坑周邊地表沉降、坑外地下水位變化、周邊管線沉降、周圍建筑物沉降的系統監測，探討了復雜條件下基坑開挖期間支護結構及周邊環境的變形規律。為本地區同類工程施工提供參考依據。

關鍵詞：深基坑；混凝土內支撐；變形；監測

中圖分類號：TV551.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）30-0151-04

1工程概況

沈陽北站綜合交通樞紐改擴建工程的地下新建工程主要包括一條人行過街地道和四個新建車庫，以下用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區工程表示四個車庫。本文重點討論Ⅰ區工程，該工程是地下兩層結構，東側是友好街，南側是北站路，南北向寬48.2m，東西向長138.6m，覆土1.5m，埋深12.05m，建筑面積12327.7m²。

2支護設計概況

在Ⅰ區基坑北側和南側既有一排30年前的直徑0.8m、間距1.8m、樁長12m的人工挖孔圍護樁。Ⅰ區基坑深12.05m，支撐其圍護結構的是一道混凝土和鉆孔灌注樁。基坑方案在制定時充分考慮了既有圍護樁，以既有圍護樁為擋墻，在南北兩側實施新的圍護樁，大大減少了新做的圍護樁成本。原圍護樁能夠和新施做的圍護樁及混凝土支撐形成一個有機的整體，使原圍護樁頂和東西兩側新施做圍護樁樁頂平齊，同時澆筑冠梁新舊圍護樁，既有圍護樁和新做的圍護樁可形成一個完整的冠梁結構。基坑的第一道支撐位于同一標高，在冠梁上支撐南北兩側，在腰梁上支撐東西兩側。圍護樁采用直徑1m、間距1.5m鉆孔灌注樁，局部樁徑1.2m。臨時立柱采用四根L610mm×12mm角鋼焊接的格構性，臨時立柱樁直徑0.85m，有效樁長15m。基坑圍護樁平面布置如圖1所示。

3基坑監測方案

3.1基坑監測項目

基坑的監測包括：圍護樁頂水平及豎向位移；坑外側向土壓力，立柱樁沉降監測；基坑周邊地表沉降。周邊環境監測包括：周邊建筑物沉降；周邊建筑、地表裂縫觀測等。

3.2基坑監測方案

本工程參考《建筑基坑工程監測技術規范》進行監測點的布置和設置，如圖2所示。

4監測結果分析

4.1樁頂水平位移分析

基坑圍護樁頂監測是從冠梁澆筑完開始，基坑己開挖2m（部分4m），累計監測54d，最終沉降量見表1。從表1監測值可知，基坑中部位置附近的基坑各邊圍護樁位移最大，水平位移較小的是基坑四角，其中水平位移最小的是D₁，僅有8.78mm。

隨時間變化基坑四側圍護樁樁頂位移關系曲線如圖3-圖6所示。

水平位移較大的是基坑東側各測點，因為這些測點處于時代廣場酒店，該酒店地下2層、地上25層，距離基坑東側5.45m，嚴重影響了這一側圍護樁頂的水平位移，說明基坑臨近建筑物對圍護樁頂水平位移的影響比車輛荷載大。

基坑南北兩側水平位移較小，最大值為17.3mm，最小值為8.78mm。南北兩側舊樁對限制基坑的變形起到的一定的作用。水平位移在基坑開挖初期相對較小，但在布置第一道支撐的開挖中期，其位移相對較大。混凝土支撐布置后，幾乎不會對圍護樁頂位移產生影響，即支護結構十分有效。同時在3月到4月中旬基坑各個監測點之間的變化速率相對較大，究其原因發現這段時間正好是沈陽地區氣候回暖的時間，氣溫跨度較大，變化從零下10°左右到零上15。左右之間，由此可知，基坑的變形和氣溫有著直接的關系，在實際工程中應充分重視氣溫因素。

4.2樁側土壓力分析

選取有代表意義的位置即基坑四側中點進行研究分析，如圖7-圖10所示。

在基坑開挖期間發現基坑四周的圍護樁測土壓力存在一定差別，南北側的壓力明顯小于東西兩側，其中土壓力變化最大的是E₆，達到15kPa/d，變化速率次之的是E₁₁，這可以說明基坑土壓會受到荷載的作用和影響，且建筑物荷載對土壓力影響較大：基坑開挖前樁側土壓力增大，隨著基坑開挖土壓力逐漸減小，混凝土支撐施工后，樁側土壓力逐漸趨于穩定，說明混凝土支撐對基坑變形的控制十分有效。

E₃監測點突變的原因是其基坑南側的變電站臨時變更了施工方案，利用鋼管樁對其加強了保護，土壓力會受到擠壓作用的影響，隨著圍護樁的位移土壓力會不斷變小。

4.3臨時立柱樁位移監測數據分析

立柱樁的位移整體呈隆起趨勢.在開挖淺層土體時，變化平緩，隨著開挖深度與挖速度的增加，隆起趨勢開始加劇，直到底板進行澆筑時立柱樁位移逐漸穩定。其原因比較復雜，土體開挖后，坑內土體回彈、土體與樁身上部產生摩擦力均可導致立柱樁隆起。ZL₃、ZL₄和ZL₅的位移相對較大，其中ZL₃的位移最大，底板澆筑后穩定達到28.6mm。ZL₁、ZL₂和ZL₆的位移相對較小，ZL₁監測點隆起值最小，穩定值為28.6mm。說明基坑中部的立柱樁隆值起大于基坑邊部的立柱樁隆起值，這與基坑坑底隆起是相一致的。（圖11）

4.4周邊地表沉降監測數據分析

基坑周邊地表沉降變化如圖12-圖13所示。基坑開挖初期，周邊地表沉降較大，隨著支護結構的施工完成，沉降逐漸減小并趨于穩定。基坑西側地表在土體開挖和路面荷載的影響下，最大沉降達到11.93mm，基坑南側最大沉降為10.7mm。通過對比，基坑短邊方向地表沉降大于基坑長邊方向地表沉降。從圖12-圖13可以發現，在基坑舊圍護樁和新支護結構的保護下，支護結構效果十分明顯。

4.5周圍建筑物沉降監測分析

深基坑工程的開挖會引起基坑周邊地表的不均勻沉降，選取時代廣場酒店西側三個監測點即J廣J3以及天順超市北側三個監測點J₆-J₈進行分析。

從圖14可知，隨著基坑開挖深度的增加，周圍建筑物的沉降先增大后減小，最后逐漸穩定。在基坑開挖初期，周圍建筑物沉降變化速率較小。時代廣場酒店的最大沉降比天順超市的最大沉降大2.09mm。一是因為時代廣場酒店距離基坑比天順超市近，最近距離為5.45m：二是基坑形狀的影響，基坑的邊長不僅對圍護樁和土體的水平產生影響，對建筑的沉降也會產生影響。

5結論

①基坑支護結構的變形和內力均在警戒范圍內，且變化小，說明在城市復雜條件下，排樁一混凝土內支撐體系對保護基坑支護結構效果十分顯著；②在基坑開挖過程中，基坑外地下水位變化小，即地下水位的變化對基坑開挖過程中基坑變形的影響小，在周圍建筑物密集區域的基坑工程可減少地下水位監測點，減少監測的工作量；③基坑周邊建筑物最大沉降為15.6mm，臨近建筑物的最大沉降較小，且沉降主要發生在基坑開挖期間，排樁一混凝土內支撐支護體系對保護周邊環境的安全十分有效；④在沈陽地區，基坑開挖在春季期間，氣溫回升，周圍土體出現凍融，且溫度變化較大，在這一期間應加強對基坑變形的監測。⑤通過對建筑物沉降進行回歸分析，得到本工程建筑物平均沉降回歸方程：endprint