杭州地鐵沿線某深基坑監(jiān)測(cè)分析

李海洋

杭州市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司 浙江 杭州 310006

前言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷發(fā)展，近年來基坑工程大量出現(xiàn)，開挖深度與規(guī)模尺寸不斷增大引發(fā)了許多新的問題[1-2]。同時(shí)，城市中各類基礎(chǔ)設(shè)施密集分布，相鄰建筑、地下管線、公共交通等周邊環(huán)境設(shè)施對(duì)基坑開挖及施工之后產(chǎn)生的水土壓力變化與土體變形等不利影響需要更為嚴(yán)格的限制[3-4]。因此，基坑工程的信息化施工和全過程監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

1 工程概況

該基坑位于杭州市嚴(yán)家路與新塘路交叉口，地上擬建建筑為3層裙樓與20層主樓，地下設(shè)二層地下室。基坑平面形狀大致呈矩形，南北向長134m，東西向?qū)?5m，基坑開挖面積7887m2，設(shè)計(jì)最大開挖深度約12m。

本工程位于地鐵4號(hào)線保護(hù)區(qū)內(nèi)，基坑?xùn)|側(cè)緊鄰地鐵線路和市政主干道，且基坑西側(cè)與南側(cè)有多幢多層住宅，距基坑很近，基坑破壞后果嚴(yán)重。

工程場(chǎng)地位于錢塘江沖積平原，地貌形態(tài)單一，場(chǎng)地土層包括粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉砂，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 基坑支護(hù)體系

本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁+TRD水泥土攪拌墻作為止水帷幕，設(shè)兩道鋼筋砼內(nèi)支撐，坑內(nèi)采用疏干井的支護(hù)方案。為了增大與地鐵相鄰側(cè)圍護(hù)體的剛度，將基坑?xùn)|側(cè)圍護(hù)樁樁徑由Φ800增加至1000mm，樁長由25m增加至35m，第二道內(nèi)支撐的角撐主撐及對(duì)撐調(diào)整至900mm*800mm。土方開挖要求嚴(yán)格分層、分段、對(duì)稱開挖。

3 基坑監(jiān)測(cè)布置及結(jié)果分析

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB50497- 2009相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工具體情況，本次監(jiān)測(cè)布置包括：坡頂水平位移及沉降，深層水平位移，支撐內(nèi)力，立柱沉降，地下水位，周邊建筑物沉降及傾斜，周邊地下管線及道路沉降，周邊地表沉降。本文主要介紹水平位移、豎向位移（沉降）、深層水平位移（測(cè)斜）和支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)。

3.1 水平位移監(jiān)測(cè)

（1）平面控制網(wǎng)布設(shè)。平面控制網(wǎng)用于各水平位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)目平面控制基準(zhǔn)，包括基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)。平面控制點(diǎn)布設(shè)在穩(wěn)定、安全的地方，有條件可采用固定觀測(cè)墩；通常在地面埋設(shè)鋼釘點(diǎn)，頂上刻畫“+”字。

在選定的水平位移監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)上安置全站儀，精確整平對(duì)中，后視其他水平位移監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間的角度、距離，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。觀測(cè)時(shí)可完成各項(xiàng)限差指標(biāo)控制，使用控制網(wǎng)平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差，得出各點(diǎn)坐標(biāo)。通過各期變形觀測(cè)點(diǎn)二維平面坐標(biāo)值，計(jì)算投影至垂直于基坑方向的矢量位移，并根據(jù)各期與初始值比較，計(jì)算變形速率、累計(jì)變形量等數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果分析。根據(jù)本項(xiàng)目冠梁水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，隨著基坑開挖的逐步推進(jìn)，冠梁水平位移逐漸增大，底板澆筑后逐漸穩(wěn)定。

3.2 豎向位移監(jiān)測(cè)

（1）水準(zhǔn)控制網(wǎng)布設(shè)。水準(zhǔn)控制網(wǎng)用于各垂直位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（即沉降監(jiān)測(cè)）的高程控制基準(zhǔn)。建立閉合環(huán)與施工高程控制點(diǎn)，每個(gè)月聯(lián)測(cè)一次。

（2）豎向位移監(jiān)測(cè)方法。基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)按二等垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)技術(shù)要求，監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)按三等垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)技術(shù)要求。

采用幾何水準(zhǔn)觀測(cè)。采用閉合水準(zhǔn)路線時(shí)可以只觀測(cè)單程，采用附合水準(zhǔn)路線形式必須進(jìn)行往返觀測(cè)，取兩次觀測(cè)高差中數(shù)進(jìn)行平差。觀測(cè)順序：往測(cè)：后、前、前、后，返測(cè)：前、后、后、前。

使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀DSZ2+FS1測(cè)微器及配套塔尺進(jìn)行觀測(cè)，精度為每公里偶然中誤差為0.3mm，使用專用水準(zhǔn)網(wǎng)平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差，得出各點(diǎn)高程值。

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)熱傳導(dǎo)傅立葉定律，單位時(shí)間內(nèi)通過定截面的熱量，正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。較厚部位對(duì)電弧加熱部位的冷卻作用最強(qiáng)，接頭溫度下降速度最快，其次是薄壁部位，而細(xì)桿的散熱速度最慢。

圖1 立柱沉降曲線圖

立柱豎向位移主要受坑底土體隆起和豎向荷載共同作用，并與地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)特征和施工工況等密切相關(guān)[5]。本項(xiàng)目立柱沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖1。由圖可知，本項(xiàng)目立柱的豎向位移呈向上回彈，并隨著基坑開挖深度增加而不斷增大，在底板澆筑后回彈量開始減少且逐漸趨向穩(wěn)定。

根據(jù)本項(xiàng)目坡頂沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，坡頂沉降隨著基坑開挖的逐步推進(jìn)，坡頂沉降逐漸增大，底板澆筑后逐漸穩(wěn)定。

3.3 深層水平位移監(jiān)測(cè)

（1）測(cè)斜管埋設(shè)。本工程測(cè)斜孔布設(shè)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外土體中，在緊貼基坑外側(cè)0.5m左右鉆孔埋設(shè)含定向刻槽的PVC塑料測(cè)斜管，沿基坑周邊共布置13個(gè)測(cè)斜孔。

測(cè)斜管應(yīng)在基坑開挖前1周埋設(shè)完畢，并用測(cè)斜儀對(duì)同一測(cè)斜管作3次重復(fù)測(cè)量，判明處于穩(wěn)定狀態(tài)后，取算術(shù)平均值作為側(cè)向位移計(jì)算的基準(zhǔn)值。

（2）深層水平位移監(jiān)測(cè)方法。測(cè)斜儀由測(cè)斜探頭、電纜、測(cè)讀面板組成。測(cè)斜管為內(nèi)壁有四條對(duì)稱導(dǎo)槽的塑料管，作為測(cè)斜探頭定向滑動(dòng)的軌道。將測(cè)斜探頭感應(yīng)方向?qū)?zhǔn)側(cè)向位移方向的導(dǎo)槽內(nèi)，將測(cè)斜探管滑入管底。停置片刻使其穩(wěn)定并測(cè)其讀數(shù)。測(cè)點(diǎn)間距0.5m，系統(tǒng)誤差±4mm/15m。為消除量測(cè)裝置零漂移引起的誤差，每一測(cè)段兩個(gè)方向的傾角都應(yīng)進(jìn)行正、反兩次量測(cè)，比較不同測(cè)次各測(cè)點(diǎn)水平坐標(biāo)。計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的水平位移值并繪制成水平位移沿深度分布的曲線圖。

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖2 深層土體水平位移曲線圖

本項(xiàng)目深層土體水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖2。由圖可知，隨基坑開挖的深度逐漸增加，側(cè)向位移逐步增大，所有土體位移方向都朝向坑內(nèi)。對(duì)于每個(gè)測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其累計(jì)最大水平位移深度的位置隨開挖深度逐步下移，一般出現(xiàn)在開挖面上下2.0m范圍內(nèi)。

開挖期間所有監(jiān)測(cè)值都沒超過設(shè)計(jì)預(yù)警值，且基坑?xùn)|側(cè)臨近地鐵側(cè)土體變形明顯小于西側(cè)。隨底板澆筑后側(cè)向變形逐漸穩(wěn)定。

3.4 支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)

（1）鋼筋應(yīng)力計(jì)埋設(shè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在支撐內(nèi)力較大或在整個(gè)支撐系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的桿件上，鋼筋混凝土支撐的監(jiān)測(cè)截面宜布置在支撐長度的1/3部位。軸力計(jì)采用和鋼筋混凝土支撐內(nèi)主筋相同直徑規(guī)格的鋼筋計(jì)，采用數(shù)顯頻率讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)，監(jiān)測(cè)精度達(dá)到1.0%F·S。

基坑開挖前測(cè)量鋼筋應(yīng)力計(jì)的初頻，應(yīng)測(cè)試2次穩(wěn)定值，取平均值作為計(jì)算初始值。

（2）支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)方法。在砼支撐中，采用鋼筋應(yīng)力計(jì)進(jìn)行測(cè)量支撐內(nèi)力。將鋼筋應(yīng)力計(jì)安裝在鋼筋構(gòu)架的左、右兩個(gè)側(cè)面中間的主筋上，每組安裝2只鋼筋應(yīng)力計(jì)，與支撐方向平行。可采用焊接方式安裝，焊接長度應(yīng)大于10倍的鋼筋直徑。焊接時(shí)要求平整、充實(shí)，要用濕麻布片或濕毛巾等包裹鋼筋應(yīng)力計(jì)降低溫度，以保護(hù)傳感器不受損壞。

鋼筋計(jì)預(yù)埋時(shí)應(yīng)做好傳感器部分和信號(hào)線的防水處理。導(dǎo)線埋設(shè)時(shí)用塑料軟管保護(hù)，并用綁扎線固定在鋼筋上。通過引出導(dǎo)線，用數(shù)顯頻率儀測(cè)量鋼筋應(yīng)力計(jì)頻率，根據(jù)相關(guān)關(guān)系，計(jì)算支撐內(nèi)力。支撐軸力量測(cè)時(shí)，同一批支撐盡量在相同的時(shí)間或溫度下量測(cè)，每次讀數(shù)均應(yīng)記錄溫度測(cè)量結(jié)果。

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖3 支撐內(nèi)力實(shí)測(cè)值曲線圖

本項(xiàng)目支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖3。由圖可知，每道支撐在該道支撐施工完成到下一次挖土的這段時(shí)間內(nèi)增加最快，以后各次挖土軸力增加幅度逐漸減小，底板澆筑后逐漸穩(wěn)定。

由于基坑變形的復(fù)雜性，各位置軸力實(shí)測(cè)值差異較大，支撐在設(shè)計(jì)時(shí)必須留有較大的安全系數(shù)。

4 地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

本基坑處于地鐵4號(hào)線保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，在地鐵隧道等間距布置15個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，各布設(shè)1組隧道水平位移、隧道垂直位移、水平收斂和隧道差異沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。按3次/d的監(jiān)測(cè)頻率開展地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，并定期人工復(fù)核。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超過設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)預(yù)警值，基坑開挖不影響地鐵隧道的正常安全運(yùn)營。

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目對(duì)基坑開挖全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋基坑的受力與變形信息，為信息化施工與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)，保證了基坑始終處于安全、可控的情況。支護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊土體的變形是不可逆的，在基坑開挖過程中需要嚴(yán)格控制開挖土體的暴露時(shí)間，及時(shí)布設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)與基坑回填，有效地將基坑變形控制在安全適用的范圍內(nèi)。