昆明某深基坑工程開挖監(jiān)測(cè)分析與變形特性研究

黃 躍，吳 勇，王 勇

（1.昆明市盤龍區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，云南昆明650041；2.云南省建筑科學(xué)研究院，云南昆明650223）

0 引 言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，開發(fā)利用地下空間成為一種趨勢(shì)，且比例也在不斷增大，尤其在一線城市超大深基坑隨處可見。基坑開挖的深度在不斷增加，如何才能快速有效地對(duì)深基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)成為建筑工程界亟待解決的問題之一［1-3］。

本文結(jié)合昆明某大型深基坑工程開展了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和變形特性研究。

1 工程概況

昆明某擬建工程建筑結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻，整體設(shè)有三層地下室。擬建場(chǎng)地位于昆明沖湖積盆地東部，其西側(cè)緊鄰稻香巷，南側(cè)緊鄰人民東路，場(chǎng)地地形平坦、開闊。其中±0.00標(biāo)高為1894.80m，地下室底板頂標(biāo)高為-13.7m，筏板厚1.0m，墊層厚度0.15m，基底標(biāo)高為1879.95m；建筑物承臺(tái)、筏板加深1.0mm，其底標(biāo)高1878.95m。場(chǎng)地標(biāo)高1893.58～1895.01m，最大相對(duì)高差1.43m，基坑開挖深度為13.85～14.50m，基坑開挖周長(zhǎng)約372.0m。

1.1 工程地質(zhì)概況

建場(chǎng)地位于昆明沖湖積盆地東部區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上，場(chǎng)地范圍內(nèi)主要為第四紀(jì)覆蓋層，地基土劃分為3個(gè)主層（人工活動(dòng)層、沖洪積層和沖湖積層），10個(gè)亞層及10個(gè)透鏡體深度范圍內(nèi)有雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、有機(jī)質(zhì)土、粉砂、圓礫、礫砂、粉土土層，主要土層壓縮性為中壓縮性，屬于Ⅱ類場(chǎng)地土，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，如表1所示。

表1 土層參數(shù)

1.2 周邊環(huán)境條件

基坑南側(cè)為人民東路，道路寬25.0m，道路路沿石距離基坑垂直開挖線13.9m，路下共有10條管線，以給排水、供電、交通、通信為主；基坑西側(cè)為稻香巷，道路寬7.0m，道路路沿石距離基坑垂直開挖線4.1～4.8m，路下共有4條管線，包括排水、燃?xì)狻⑼ㄐ牛嚯x基坑開挖線13.0～19.0m為2～7層的東華稻香里組團(tuán)；基坑?xùn)|側(cè)為昆河鐵路，距離基坑垂直開挖線30.0m；基坑西北面為東華小學(xué)，距離基坑開挖線約30.0m，如圖1所示。

1.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 基坑平面示意圖

圖2 基坑剖面示意圖（單位：mm）

基坑支護(hù)方式采用“上部放坡+旋挖鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐”的支護(hù)體系，止水方案采用支護(hù)樁間增設(shè)三重管高壓半圓旋噴樁止水帷幕+支護(hù)樁外加長(zhǎng)螺旋深層攪拌樁連接成止水帷幕，如圖2所示。工況1基坑開挖4.6m，工況2在4.1m處加第一道支撐，工況3基坑開挖至8.7m，工況4在8.2m處加第二道支撐，工況5基坑開挖至14.15m，工況6在14.15m處加剛性鉸，工況7在9.2m處加剛性鉸，工況8在8.2m處拆除第二道支撐，工況9在5.8m處加剛性鉸，工況10在4.1m處拆除第一道支撐。

2 基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)本工程基坑開挖深度，屬大型深基坑工程，基坑周邊環(huán)境較為復(fù)雜，根據(jù)規(guī)范［4-6］及支護(hù)設(shè)計(jì)要求，本基坑安全等級(jí)為一級(jí)，基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。基坑的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及數(shù)量包括：①基坑支護(hù)樁頂水平位移監(jiān)測(cè)共布設(shè)19個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；②基坑支護(hù)柱頂豎向位移監(jiān)測(cè)共布設(shè)19個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；③基坑邊坡頂水平位移監(jiān)測(cè)共布設(shè)16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；④基坑邊坡頂豎向位移監(jiān)測(cè)共布設(shè)16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑤基坑內(nèi)支撐立柱樁豎向位移監(jiān)測(cè)共布設(shè)19個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑥基坑支護(hù)樁內(nèi)力監(jiān)測(cè)，每個(gè)支護(hù)樁內(nèi)分3排共布置9個(gè)應(yīng)力計(jì)；⑦基坑內(nèi)支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)共布置28個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每一組內(nèi)置2個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)；⑧基坑周邊土體及樁身深層水平位移監(jiān)測(cè)埋設(shè)12個(gè)測(cè)斜管進(jìn)行監(jiān)測(cè)；⑨基坑周邊地下水位監(jiān)測(cè)利用10個(gè)回灌井作為水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑩基坑周邊建筑、圍護(hù)墻體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)共布設(shè)35個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)基坑周邊道路、管道豎向位移監(jiān)測(cè)道路豎向位移觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)19個(gè)、地下管線豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)10個(gè)。在3倍基坑深度范圍以外的固定點(diǎn)上布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)7個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)高程及坐標(biāo)采用城市測(cè)繪控制點(diǎn)引用。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析與變形特性

本次基坑監(jiān)測(cè)于2014年4月1日開始至2016年2月23日截止，監(jiān)測(cè)時(shí)間693天，貫穿于基坑工程和地下工程施工全過程。

3.1 支護(hù)樁頂、坡頂水平位移

如圖3、4所示，分別為693天基坑支護(hù)樁頂和坡頂水平位移的累計(jì)位移量，兩者的變化規(guī)矩較為相似，當(dāng)基坑開挖至4.1m（2014年6月12日）時(shí)，開挖土體在卸荷的同時(shí)受坑外土體擠壓，出現(xiàn)向基坑內(nèi)側(cè)的位移量，當(dāng)施做完第一道內(nèi)支撐，基坑出現(xiàn)向基坑外側(cè)的變形（累計(jì)變形量出現(xiàn)負(fù)值），當(dāng)繼續(xù)向下開挖基坑，土體卸荷不斷加大，出現(xiàn)累計(jì)最大位移量為26.3mm（2014年11月3日）和25.5mm（2014年11月17日），當(dāng)施做完第二道內(nèi)支撐，土體出現(xiàn)向基坑外側(cè)的變形，且不斷地累計(jì)，直至2015年6月10日完成基坑底板，后期基坑累計(jì)位移量整體趨于穩(wěn)定。

圖3 樁頂水平位移累計(jì)位移量

圖4 坡頂水平位移累計(jì)位移量

由圖3、4可知，水平位移隨開挖支護(hù)時(shí)間的漸變過程采用多項(xiàng)式進(jìn)行回歸擬合：

支護(hù)樁頂水平位移：

坡頂水平位移：

式中，y 為水平位移累計(jì)位移量，x為開挖支護(hù)時(shí)間，E-14x6表示10的負(fù)14x6次方，E+06x2表示10的正06x2次方，其他以此類推。

3.2 支護(hù)樁頂、坡頂豎向位移

如圖5、6所示，分別為693天基坑支護(hù)樁頂和坡頂豎向位移累計(jì)沉降量，兩者的整體趨勢(shì)呈沉降量負(fù)增長(zhǎng)，這是由于基坑逆作法開挖，土體卸荷不斷加大，支護(hù)結(jié)構(gòu)和坡頂土體在主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力差的強(qiáng)力作用下產(chǎn)生了向上的壓力，出現(xiàn)支護(hù)樁和土體向上移動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)完成基坑底板，豎向位移累計(jì)量趨于平穩(wěn)。

由圖5、6可知，豎向位移隨開挖支護(hù)時(shí)間的漸變過程采用多項(xiàng)式和對(duì)數(shù)進(jìn)行回歸擬合。

支護(hù)樁頂豎向位移：

坡頂豎向位移：

圖5 樁頂豎向位移累計(jì)沉降量

圖6 坡頂豎向位移累計(jì)沉降量

式中：y 為豎向位移累計(jì)沉降量，x 為開挖支護(hù)時(shí)間。

3.3 支護(hù)樁、內(nèi)支撐內(nèi)力

如圖7、8所示，分別為351天支護(hù)樁內(nèi)力累計(jì)變化量和377天內(nèi)支撐內(nèi)力累計(jì)變化量。從圖7可以看出，支護(hù)樁內(nèi)力變化呈“S”形，從開挖至施做第二層內(nèi)支撐前（2014年11月4日）整體達(dá)到最大值，第二道內(nèi)支撐施做完成后，支護(hù)樁壓應(yīng)力逐漸較小，2015年6月18日后慢慢趨于穩(wěn)定值。圖8為第一層內(nèi)支撐內(nèi)力累計(jì)變化量，整體呈現(xiàn)拉應(yīng)力，局部出現(xiàn)受壓情況，當(dāng)?shù)装鍧仓瓿珊螅瑹o壓應(yīng)力出現(xiàn)。

圖7 支護(hù)樁內(nèi)力累計(jì)變化量

圖8 內(nèi)支撐內(nèi)力累計(jì)變化量

由圖7、8可知，豎向位移隨開挖支護(hù)時(shí)間的漸變過程采用多項(xiàng)式進(jìn)行回歸擬合。

支護(hù)樁內(nèi)力：

內(nèi)支撐內(nèi)力：

式中：y 為變化量累計(jì)值，x 為開挖支護(hù)時(shí)間。

3.4 周邊土體及樁身深層水平位移

如圖9、10所示，分別為474天周邊土體深層水平位移和379天樁身深層水平位移，列舉部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，變形曲線形態(tài)呈弓形，整個(gè)深層水平位移值的變化呈前期增長(zhǎng)較快，后期曲線緩慢收斂，符合土體孔隙水壓消散過程。

圖9 周邊土體深層水平位移

圖10 樁身深層水平位移

4 結(jié) 論

本文對(duì)昆明某大型雙內(nèi)支撐、逆作法深基坑進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和變形特性研究得出以下結(jié)論：

1）基坑支護(hù)樁頂和坡頂水平位移的累計(jì)位移量，先出現(xiàn)向基坑內(nèi)側(cè)的位移量，第一道內(nèi)支撐完成后出現(xiàn)向基坑外側(cè)的變形，第二道內(nèi)支撐完成后向基坑外側(cè)的變形不斷地累計(jì)，完成基坑底板后累計(jì)位移量整體趨于穩(wěn)定。

2）基坑支護(hù)樁頂和坡頂豎向位移累計(jì)沉降量整體趨勢(shì)呈沉降量負(fù)增長(zhǎng)，完成基坑底板后，位移累計(jì)量趨于平穩(wěn)。

3）支護(hù)樁內(nèi)力累計(jì)變化量和內(nèi)支撐內(nèi)力累計(jì)變化量變化呈“S”形，先增加后減小再增大的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)装鍧仓瓿珊螅瑹o壓應(yīng)力出現(xiàn)。

4）周邊土體深層水平位移和樁身深層水平位移，列舉部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，變形曲線形態(tài)呈弓形，整個(gè)深層水平位移值的變化呈前期增長(zhǎng)較快，后期曲線緩慢收斂。