涉水墩基坑監測數據分析

周 浩，黃 騰，令曉博，張文祥

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210000）

隨著我國經濟的迅速發展，大型建筑的快速構建，建筑物基坑朝著大面積、高深度的方向發展，周邊環境也變得愈加復雜[1]?；娱_挖過程中將會引起支護結構內力和位移以及基坑內外土體變形等，不僅會危及基坑本身安全，而且還會危及周圍建（構）筑物，造成巨大的經濟損失和人員傷亡[2]。為保證基坑開挖的安全性，為后續基坑工程提供參考資料和設計方案，基坑監測必不可少[3]。

每個基坑監測項目數據都有其特點，且深基坑作為一個整體，各監測項目之間必然存在一定的客觀規律[4-5]，分析各數據對應基坑施工階段是否合理也是保證基坑安全施工的必要環節[6-7]。本文以緯七路橋梁施工8#、9#水中墩鋼板樁圍堰基坑監測項目為例，通過對其鋼板樁形變、支撐軸力和測斜等監測項目的數據研究，總結了水中深基坑施工過程中監測數據的變化規律以及基坑監測工程需要注意的事項。

1 工程概況與地質條件

緯七路東進二期工程橋梁施工（SG1標）為緯七路二期工程的一部分。設計起點為常家圩（樁號K7+235.08），終點為寧杭高速高橋門立交，線路途經外秦淮河和友誼河路交叉口，全長約1.08 km。工程監測的鋼板樁圍堰為跨外秦淮河連續梁8#、9#墩，由C、A、J、B、D線5個橋墩基礎組成，8#墩基坑深度（水面至承臺底）為10.2 m，9#墩基坑深度（水面至承臺底）為7.7 m，其中8#墩為鋼板樁圍堰的控制性墩位。場地內各土層工程地基土滲透性評價見表1。根據地下水的賦存、埋藏條件及其水理性質，本次勘察揭示的地下水類型主要為孔隙潛水和微承壓水，由于多為低塑性土，因此滲透性較好，含水量較豐富。

表1 地基土滲透性評價一覽表/(cm/s)

2 基坑監測方案

2.1 測點布置

1）圍護結構頂部水平位移和沉降（共點）：8#、9#墩圍堰基坑各布設圍護頂部水平位移和沉降監測點8個，共計16個圍護結構頂部沉降監測點，間距為10～15 m。

2）周邊地表沉降：8#、9#墩圍堰基坑于河岸側各布設周邊地表沉降監測點6個，共計12個點。

3）土體深層水平位移：9#墩基坑于河岸側水平位移監測點對應位置布設測斜管3根，監測基坑的土體深層水平位移。

4）由于8#墩基坑無法布設測斜管，2016-03-06在8#墩鋼板樁近河側北部（XB3）和中部（XB2）各布設一列反射片，測點間距為1 m，每列6個點，監測鋼板樁的形變。

基坑監測各點位置如圖1、2所示。

圖1 9#墩基坑布點圖

圖2 8#墩基坑布點圖

2.2 監測方法

1）監測基準網布設。本項目在圍堰基坑周邊選擇現有高程控制點作為監測基準，并在兩側基坑周邊約60 m處分別布設了3個工作基點（J1～J3），基準點與工作基點間布設成閉合水準路線，每個月復測一次，遇到異常情況及時加密復測。由于基準點JZ1與JZ2分別處于秦淮河兩岸，采用水準路線觀測控制網法實施難度較大，故采用對象觀測法進行兩岸高程基準點聯測，精度亦滿足二等水準控制網要求。

2）鋼板樁水平位移和沉降監測。由于施工場地內環境條件一般較差，考慮現場情況，項目采用極坐標法觀測監測點水平位移，將儀器架設在能通視后視點的任意位置上。觀測8#墩圍堰基坑時，以BS1、JZ2、BS2、BS3、JZ3為后視點進行設站；觀測9#墩圍堰基坑時，以BS1、JZ1、JZ2、BS2、BS3為后視點進行設站。利用儀器自帶的多測回測角程序對各監測點進行角度和距離測量，平差后計算各監測點的三維坐標，求得各監測點在垂直和水平基坑方向上的變化量。監測示意圖見圖3。

3）鋼支撐軸力。鋼支撐軸力量測選擇端頭軸力計進行軸力測試。將軸力計安裝在鋼支撐的端點，通過頻率接收儀測得軸力計在某一荷載下的自振頻率。鋼支撐軸力的計算公式為：

式中，K為傳感器的標定系數；f0為傳感器在支撐受力前的初始自振頻率；fi為軸力計在某一荷載時測量的自振頻率。

圖3 鋼板樁水平位移與豎向沉降監測示意圖

3 監測數據分析

3.1 地表沉降數據分析

地表沉降監測點累計沉降量—時間曲線如圖4所示。通過分析各期地表沉降觀測數據可知，T9-D1和T8-D1點波動明顯，由于這兩點位于施工路口處，經常受車輛碾壓以及施工器材放置影響，所以數據失真，排除這兩點。除此之外，變化量最大的點位為T9-D2和T8-D2，分別位于兩基坑中心側。由于基坑中心側存在坑中坑，挖掘深度也在整個基坑中處于最深位置，所以該處地表沉降量最大與工況一致?；佑?016-03-26底板澆筑完成，后期基坑處于穩定狀態，監測數據也均處于平穩狀態，所以監測數據也能如實反映施工過程中的基坑變化。

圖4 地表沉降累計沉降量—時間曲線圖

3.2 圍護結構沉降觀測

圍護結構監測點累計沉降量—時間曲線如圖5所示。由于2016-03-01～2016-03-06基坑開挖到第二道鋼支撐處，導致鋼板樁豎向變化速率較大。T8-C6位于基坑靠河側中心，因施工影響，暫未安裝鋼支撐，所以該處沉降速率急劇增加，安裝鋼支撐和加固防護措施后逐漸趨于穩定。由于2016-03-20～2016-03-26基坑開挖至第三道鋼支撐處，導致鋼板樁沉降速率再一次急劇加大，與預計一致。截止2016-03-26，基坑底板澆筑完成，后期數據基本處于平穩狀態。由圖5可知，基坑在動土階段極不穩定，在架設鋼支撐和防護措施前需要加大基坑監測頻率。

圖5 圍護結構累計沉降量—時間曲線圖

3.3 圍護結構水平位移觀測

圍護結構水平位移觀測點累計變化量—時間曲線如圖6所示。通過分析各期數據可知，基坑開挖階段圍護結構部分水平位移觀測點極不穩定，其中在2016-03-02～2016-03-12，由于基坑開挖影響累計變化較大，T8-S1、T8-S3在動土階段一直向坑外移動，與之對應的T8-S7、T8-S5也一直向坑內移動，其原因是由于挖土機在河岸側施工作業一直向河岸側方向挖土所致。2016-03-16前基坑中第二道鋼支撐尚未架設完成，導致T8-S2、T8-S6均向坑外移動，后期隨著底板的澆筑完成，各監測點也都恢復穩定狀態。9#墩基坑與8#墩基坑情況大致相同，所以監測數據可大致反映施工工況。

圖6 圍護結構水平位移累計變化量—時間曲線圖

3.4 鋼支撐軸力監測

鋼支撐軸力累計變化量—時間曲線如圖7所示。根據監測數據顯示，第一道鋼支撐軸力T9-ZL2-1、T9-ZL3-1在基坑開挖初期變化速率較大，而在第二道鋼支撐架設完成后，數值恢復平穩，其對應的T9-S2、T9-S6向坑內移動，T9-S3、T9-S5向坑外移動，結果與鋼板樁水平位移一致。其余鋼支撐軸力對應監測點位情況也基本一致。監測后期，隨著鋼支撐的拆除，軸力變化略有波動，如T8-ZL2-1軸力值在2016-05- 04出現突變，其對應施工階段為第二道鋼支撐拆除，由此可知，基坑施工階段與拆撐階段均為基坑不穩定期，應加大監測力度。

圖7 基坑鋼支撐軸力累計變化量—時間曲線圖

3.5 土體深層水平位移（測斜）觀測

土體深層水平位移曲線如圖8所示。基坑選取CX2和CX3號孔數據作為代表分析。CX2號孔位為典型的中間寬、兩端窄樣式，測斜孔對應位置處于9#墩基坑正中心側；數值正值向坑內，負值向坑外；最大位移量約在5 m深度位置，兩端呈波動性減小趨勢，約在10 m深度處位移量急劇減小。反觀CX3號孔位，為典型的上口大、下端小樣式，孔位對應位置處于9#墩基坑最北側。二者差異可能與地質報告中描述的第四層和第五層的粉質黏土（深度約為 20～30 m）在東西兩側的分布不均有關。所以，基坑測斜數據可在一定程度上反映局部土質好壞情況。此外，土質的透水性也在一定程度上會影響測斜情況，尤其在降水頻繁的季節更為明顯。

圖8 測斜曲線圖

3.6 8#墩基坑近河側形變監測

8#墩基坑近河側形變監測如圖9所示。由于8#墩基坑無法布設測斜管，所以在8#墩基坑鋼板樁近河側北部（XB3）和中部（XB2）各布設一列反射片，采用距離后視點相對距離的方法來監測鋼板樁的形變。截止2016-05-17，XB3監測斷面在樁頂以下約7 m位置累計向坑內位移約為35.7 mm，XB2監測斷面在樁頂以下約8 m處累計向坑內位移約為19.3 mm。該變化與基坑鋼板樁水平位移方向完全一致，說明監測數據符合工況，監測方法可行。

圖9 8#墩近河側監測圖

4 結 語

1）在深基坑開挖初期，鋼支撐軸力值易受外界影響發生突變；在基坑開挖后期，土體深層位移受局部土質、降水等因素影響，累計位移值較大。鑒于此，建議在基坑開挖初期重點監測軸力，開挖后期重點監測測斜。由于軸力的穩定性和監測的便捷性，加強鋼支撐軸力的監測是提高基坑安全簡單可行的方法。

2）在基坑開挖過程中，地下水位的變動和基坑周邊地表沉降密切相關，施工時保持地下水位平穩是防止周邊沉降過大的有效措施；且在降水較頻繁的梅雨季節，不但應注意基坑周圍水位變化情況，而且要注意對地表沉降的監測，防止出現異常。

3）基坑開挖階段鋼板樁的水平位移監測也是監測重點，尤其要分析鋼板樁向坑內移動還是向坑外移動，當得出結論與以往基坑監測經驗相悖時，需重點關注。

4）施工單位應提高對監測數據的敏感性，在數據出現異常時結合現場巡視情況及時查明原因，并結合數據及時與監測單位分析討論應對方案；根據項目特點和管理辦法，建立快速有效的信息反饋機制，確保監測信息反饋路徑暢通。

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