廣州運達商業廣場項目基坑監測與變形分析

趙 玲

(廣東省地質測繪院, 廣東 廣州 510800)

0 引言

隨著經濟的高速發展,城市建設發展速度越來越快,高層、超高層建筑數量越來越多,有二層以上的深基坑工程已經成為建設工程中數量較多、投資較大、施工難度較高、風險程度較大的工程[1-2]。由于地下土體性質、荷載條件、施工環境的復雜性,僅根據地質勘察資料和室內土工試驗參數來確定設計和施工方案,往往含有許多不確定因素,對在施工過程中引發的土體性狀、環境、鄰近建筑物、地下設施變化的監測已成了工程建設必不可少的重要環節,同時,也是指導正確施工的眼睛,是避免事故發生的必要措施。因此,第三方基坑監測與工程的設計、施工同被列為地下工程質量保證的三大基本要素。為了保證施工質量、及時發現施工隱患、保護工程和基坑周邊環境的安全性,必須對基坑本身及基坑周邊環境進行全面、系統地監測,才能對基坑及周圍環境的安全性及影響程度做全面的了解,為施工提供安全保障[3-6],因此,基坑監測在工程建設過程中有著非常重要的意義。本文將結合自身工作實踐,對基坑監測內容及過程進行論述,并對基坑開挖到回填完成整個過程的監測數據進行分析,以期為本地區類似工程提供有益經驗,并為安全施工保駕護航。

1 工程概況

潭村運達商業廣場項目位于廣州白云區石井街潭村平沙北街北側,該商業廣場設二層地下室,基坑周長793 m,基坑深度7.85～8.95 m,綜合考慮基坑的開挖深度、場地地形地質情況和周邊環境等情況,本基坑采用＂灌注樁+預應力錨索＂的支護結構,采用攪拌樁作為截水帷幕。基坑側壁安全等級南側區段為一級,北側、東側和西側區段為二級。

2 監測項目

本工程地質情況較復雜,對變形監測精度要求高,結合支護設計方案,以及基坑周邊環境對監測項目的影響,根據《建筑變形測量規范》(JGJ 8-2016)及《建筑基坑工程監測技術規范》(GB 50497-2009)要求,按照安全、經濟、合理的原則進行監測。實施的監測內容、數量及相應儀器見表1。

表1 監測項目情況表

3 監測方案與實施

3.1 點位埋設

3.1.1基準點及工作基點布設

基準點是檢驗和直接測定觀測點的依據,要求在整個觀測過程中穩定不變[7-8]。基準點位置的選擇除考慮現場的實際情況外,還應滿足以下要求:

(1)設在建筑物和構筑物基礎壓力影響的范圍以外;

(2)應埋設在便于保護及觀測時視線不受阻擋的位置;

(3)埋設時應避開地下水渠和管線。

為便于校核,根據本項目的實際情況及相關規范,圍繞基坑外圍基坑變形范圍外布設3個水平位移基準點、3個沉降監測基準點、5個工作基點。

3.1.2監測點布設

本項目監測點主要分為基坑支護頂部的位移點、基坑支護頂部的沉降點和周邊土體的沉降點、深部位移監測點(測斜管)以及錨桿內力監測點。位移點布設在基坑冠梁頂部,同時也作為基坑支護的沉降點,周邊土體沉降點布設在受基坑開挖所影響的周邊道路,監測點的埋設位置應保證施工期間內能順利進行觀測,并能正確反映基坑維護結構頂部或周邊地面的沉降情況。

所采用的監測點測量標志,一端加工成光滑圓頭(中心刻圓點作基坑水平位移監測點)作為觀測立尺點。采用沖擊鉆植入監測平面布置圖中擬測相應位置,周圍澆灌水泥砂漿固定。

深層水平位移監測點是在基坑冠梁澆筑之前按照設計圖紙布設測斜管,測斜管采用帶內導槽的φ75特制的PVC塑料測斜管,間隔約20 m,支護結構的鋼筋籠綁扎埋設,綁扎間距不宜大于1.5 m;管底宜與鋼筋底部持平或略高于鋼筋籠底部,頂部超出地面0.3 m左右。

錨桿內力監測點主要是布設錨索測力計。錨索測力計的安裝則隨著施工的進展,在施工單位進行錨索鎖定時放置,在測力計和墻體受力面間增設鋼墊板,防止錨索受力后受力面位置變形下陷,錨索測力計安裝在錨墊板和錨頭之間。

基準點及觀測點埋設好后,會同監理、施工單位制定保護措施,明確施工單位的保護責任人,嚴防點位的碰動和破壞。

3.2 監測頻率

依據《建筑基坑工程監測技術規范》(GB 50497-2009)及“基坑監測平面布置圖”的要求,各項監測工作的時間間隔根據設計圖紙要求確定如表2所示。

表2 基坑監測項目監測頻率

3.3 基坑監測預警值

建筑物施工監測的預警值就是設定一個定量化指標系統,在其容許的范圍內認為建(構)筑物是安全的,并對周圍環境不產生有害影響,在其容許的范圍外則認為建(構)筑物是非穩定的或危險的,并將對周圍環境產生有害影響。本項目施工監測的預警值是根據設計圖紙要求及綜合考慮規范、設計計算要求、安全要求和經濟等因素確定,具體見表3～4。錨索拉力觀測預警，一等報警值為70% f，二等報警值為80% f。

表3 基坑個監測項目預警值

表4 基坑錨索預警值

4 監測數據分析

該項目施工周期較長,從基坑開挖到基坑回填完成經過1 a的監測,基坑支護監測共進行了209次,監測次數多,數據量大。為了更直觀地對比基坑監測結果,本次分析僅選擇變形量較大的東部和南部基坑數據進行分析、處理。

4.1 水平位移監測分析

地基在水平方向上受到力的影響較多,如地震和地下水系的沖擊等都有可能對地基在水平方向上的穩定性造成影響[9]。根據監測實際情況,選取典型監測點進行分析,由圖1曲線分布情況可知,隨著基坑土方開挖,支護結構的變形經歷了由小至大、逐步趨于穩定的過程,呈“中部大、兩端小”的大肚狀,符合基坑開挖過程中支護結構的變形規律。基坑東部S14累計水平位移量最大,為39.53 mm,其次是S13和S20,分別為36.27和31.07 mm。監測數據標明,基坑東南側水平位移較大,主要原因一是該區地層結構較差,以淤泥質土層和砂層為主,二是該區域主要是施工區域進出場道路,荷載較大。

圖1 支護結構水平位移曲線圖

4.2 豎向位移監測分析

豎向位移監測同水平位移監測周期,共進行了209次監測。經過數據分析,累計沉降量最大的為S14,為15.48 mm,各監測點具體變化曲線見圖2,基坑開挖過程中總體是沉降的,個別點開挖過程中有反彈(如S13、S17、S20、S25),但反彈量較小。后期開挖穩定后,變化較為平緩,整個基坑施工期間,沉降量及沉降速率均未超出預警范圍。

圖2 支護結構豎向位移曲線圖

4.3 周邊地表沉降監測分析

由圖3可知,累計沉降曲線整體經歷了由大變小,并逐步趨于穩定的過程。在0～6個月時,處于土方開挖階段,周邊道路和建筑物呈現整體增大的趨勢,6個月之后,由于底板混凝土的施工完成并回填,逐步趨于穩定。所以在基坑開挖的過程中,要時刻關注施工過程的安全性,提高警惕,一旦達到報警值,要及時停止施工,并采取應急處置措施。

圖3 周邊地表沉降位移曲線圖

4.4 深層水平位移監測分析

統計分析測斜結果,在基坑土方開挖過程中,測斜位移是隨著深度逐漸增大的,超過基坑開挖底面,逐漸趨于穩定,其中開挖深度4～7 m的位移量最大。分析整個區域,東南角深層水平位移監測數據變化量較大,原因是東南角地層結構較差,主要有淤泥質土和砂層組成。

4.5 錨桿內力監測分析

錨桿張拉前,在墊板處安裝錨索測力計,然后在錨索測力計外安裝錨頭進行張拉鎖定[10]。按照設計,在基坑四周設置兩道預應力錨桿,并對該錨桿進行應力監測,應力計安裝之后整個監測期間共進行了89次監測。由于基坑面積較大,采取邊開挖邊回填的方式,錨桿內力監測的數量和位置均有變化。通過后期數據分析,各監測點監測值在410～800 kN之間,曲線總體呈現正向增長趨勢,部分低于承載力設計值430 kN,但未超出70%承載力預警的范圍,在底板澆筑之后,鋼支撐的軸力增長速率放緩,逐漸趨于穩定。從總體上看,符合設計預期。

5 結束語

變形監測為工程建設過程安全施工提供了技術支撐,在基坑施工過程中,監測數據可以有效地對基坑支護結構變形和周邊道路、建筑變形等做出反應。本文對廣州運達商業廣場項目基坑工程水平位移、豎向位移、周邊環境沉降和錨桿應力進行了監測,通過分析監測數據可知,在基坑監測過程中,各監測項目監測點的變化量均在正常變化范圍之內,基坑變形穩定,安全可靠,效果良好,總結如下:

(1)隨著基坑土方開挖的進行,基坑的水平位移不斷增大至趨于穩定,呈“中部大、兩端小”的大肚狀;基坑豎向位移在基坑開挖過程中總體是沉降的,個別點在開挖過程中有反彈;

(2)隨著土方開挖深度及開挖工程量的增大,周邊地表累計沉降曲線整體經歷了由大變小,并逐步趨于穩定的過程;

(3)深層水平位移監測結果表明，在基坑土方開挖過程中,測斜位移是隨著深度逐漸增大的,其中開挖深度4～7 m的位移量最大;

(4)錨桿內力監測分析結果表明,各監測點監測值曲線總體呈現正向增長趨勢,符合設計預期;

(5)基坑主體及其周邊地形在基坑開挖過程中未發生過大位移和變形,表明基坑的支護結構設計合理,也說明,本基坑變形監測方法及數據處理方法適當,能夠真實、準確、客觀地反映基坑的變形情況,監測結果滿足基坑監測的技術要求,為基坑工程的施工安全提供了有力保障。該基坑工程的技術方案為本地區相似工程提供了有益參考。