上海某商辦樓基坑開挖施工監控量測分析

周 煒

（上海市建筑科學研究院有限公司，上海市200032）

0 引言

隨著上海城市建設的快速發展，城市地面利用空間壓力越來越大，地下空間的利用越來越廣泛。城市的施工空間相對較小；隨著基坑的開挖深度越來越深，修建地下建筑物對周邊建（構）筑物的影響也是越來越大。因此，保證基坑工程的安全施工具有很大的經濟意義和社會意義。

基坑開挖初期提高監測頻率并加快支撐的布設，是保證基坑安全施工的重要手段。基坑監測主要包括：支護結構本體、相關自然環境、施工工況、地下水狀況、基坑底部及周圍土體、周圍建筑物、周圍地下管線及地下設施、周圍重要的道路等其它測項[1-2]。王衛東等人對上海軟土地區35 個深基坑工程案例通過對實測數據進行分析，從統計學的角度研究了深基坑的墻后地表變形性狀。得出了最大地表沉降隨著開挖深度的增大而增大，其值介于0.1%H～0.8%H 之間，平均值為0.38%H，其中H 為基坑開挖深度[3]。丁智等人對浙江地區深基坑工程實測數據進行了統一歸納研究，分析了在浙江軟弱土大背景下的深基坑側移曲線與周邊沉降曲線的特點，得出了基坑最大側移量與開挖深度等之間的關系[4-5]。在針對軟土地區面積較大的基坑，根據基坑側壁不同控制要求，可以有針對性地制定位移控制為主的排樁結合豎向斜支撐方案，穩定性控制為主的放坡結合懸臂樁方案[6]。針對深基坑開挖及降水過程引起的地表沉降問題，何橋敏引入了隨機介質理論中的地層損失概念，并推導了基坑開挖引起的地表沉降計算公式，改進了容重變化和滲透力變化引起的地表沉降公式[7]。另外國內學者通過數值模擬手段也得出很多成果，其中采用摩爾庫倫模型模擬基坑施工過程得到的地連墻水平位移結果準確，墻體最大水平位移的平均計算誤差為實測值的15%[8-9]。

現以上海市某商辦樓基坑工程為研究背景，對基坑開挖過程中周邊地表沉降、地連墻的水平位移、周邊土體水位、支撐軸力的變化進行了現場監測研究。通過監測數據的分析總結得出基坑圍護結構、地表變形、地連墻測斜，以及周邊水位變化規律，并提出相應的控制措施和建議，研究結果可以為類似工程提供經驗參考。

1 工程概況

1.1 項目基本概況

某項目占地8 935 m2，總建筑面積約56 303.79 m2，其中地上建筑面積約35 742 m2，地下建筑面積約20 561.79 m2。地下共三層，地上兩幢塔樓，A 樓共18層，B 樓共10 層。1～3 層主要功能為商業后勤，塔樓標準層功能均為辦公。該工程采用鉆孔灌注樁基礎，圍護形式為三軸槽壁加固+ 地下連續墻+ 坑內高壓旋噴樁；坑內布設3 層支撐，且均為鋼筋混凝土支撐；地連墻厚度800 mm，插入深度26～38 m，周圍地下土層情況見表1 所列。

表1 土層物理力學性質指標一覽表

1.2 周邊建筑物

擬建場地位于上海市虹口區，距離新建工程基坑2 倍開挖深度及50 m 距離范圍內共有8 棟房屋（包括2 棟歷史建筑）。

1.3 基坑監測等級

新建項目基坑周圍環境復雜，周邊均為已建成房屋，離基坑距離為3.3～39.9 m；基坑面積約7 155 m2，周長約408 m，基坑挖深度約為14.5 m。該工程基坑安全等級一級，基坑環境保護等級除北側為三級外其余側均為二級。根據上海市標準《基坑工程施工監測規程》DG/TJ 08-2001-2016 規定，綜合判斷基坑監測等級為一級。

1.4 工程地質及水文地質條件

工程地質及水文地質條件見表1 所列。

1.5 基坑監測點布置及施工工況

1.5.1 監測點布置

該項目監測項有圍護體墻頂水平和豎向位移監測、地連墻水平深層位移監測、梁板應力監測、支撐軸力監測、立柱豎向位移監測、立柱應力監測、坑外水位監測、坑外地表豎向位移監測、圍護體系裂縫、梁板裂縫、圍護體系巡視。由于本文篇幅有限，現只能主要針對基坑開挖過程中對周圍地表沉降、地連墻、坑外水位，以及支撐的影響分析，具體監測點位置見圖1 所示。

圖1 平面測點布置圖（部分測點）

1.5.2 施工工況

施工工況見表2 所列。

表2 施工工況表

1.6 監測儀器及方法介紹

（1）各類垂直位移監測點的觀測使用Leica NA2精密水準儀，儀器精度0.3 mm/km，觀測方法為環線閉合法，閉合差及各項測站限差滿足建筑變形測量二等的技術要求。

（2）圍護墻體深層水平位移觀測采用伺服式數字自動記錄測斜儀，測試精度1 mm。

（3）水位觀測采用電感應水位測試儀，測試精度1 cm。

（4）支撐軸力量測采用VW-1 振弦讀數儀測量，測量精度為滿量程的1%。

1.7 監測頻率及報警值（見表3、表4）

表3 不同施工段的監測頻率一覽表

表4 報警值數據表

2 監測結果數據分析

2.1 基坑周圍地表沉降分析

地表監測點選取了兩組監測點DB2-1～5、DB4-1～5 分別在基坑的兩個拐角處見圖1 所示。每組五個測點，距基坑邊緣的距離依次是2 m、4 m、6 m、8 m、10 m，基坑周圍地表最大沉降也基本在這個范圍內[9]。圖2、圖3 是DB2-1～5、DB4-1～5 施工過程中沉降隨時間變化曲線圖，圖4、圖5 是DB2-1～5、DB4-1～5距基坑距離不同的地表沉降曲線。從圖2、圖3 可以看出兩組測點的變化規律很相似，從工況一到工況二結束地表沉降變化較平緩，從工況三開始地表沉降速度加快，此過程延續到工況四結束后沉降速度逐漸變緩。導致這一現象的原因是此時段基坑開挖到中下部，土體受到較大擾動，同時開挖較深地下水位下降、流動，帶走大量土體顆粒。工況五之后地表沉降趨于穩定，是因為此時段底板已經澆筑完成，對地表沉降有明顯的抑制作用。兩組測點中最大沉降點分別發生在DB-2-2、DB-4-2，且這兩測點距基坑距離都是4 m（見圖4、圖5），相當于約為基坑開挖深度的0.3 倍（H為基坑最大開挖深度，H=14.5 m，下同）。沉降值分別為53.8 mm、72.8 mm （約為0.037%H和0.050%H）可以看出整體沉降速率較穩定但都超過了報警值。另外從圖4、圖5 中可以看出距基坑邊緣距離超出4 m 后地表沉降值呈迅速減小趨勢。

圖2 DB-2-1～5 測點基坑周圍地表施工過程中沉降隨時間變化曲線圖

圖3 DB-4-1～5 測點基坑周圍地表施工過程中沉降隨時間變化曲線圖

圖4 DB-2-1～5 測點距基坑距離不同的地表沉降曲線圖

圖5 DB-4-1～5 測點距基坑距離不同的地表沉降曲線圖

2.2 圍護結構深層水平位移分析

現選取基坑北邊和西邊兩個地連墻測點CX2、CX24，監測點位置見圖1 所示。兩個測點在不同工況下不同深度水平位移曲線如圖6、圖7 所示。從圖中可以看出地連墻測移隨著基坑開挖的深度越深而逐漸增大。在基坑開挖期間地連墻的側移量變化較快，而在澆筑底板后側移量逐漸變緩，甚至是出現回彈現象。最大側移通常發生在地連墻的墻深中下部，從整體來看地連墻位移呈“兩頭尖，中間鼓”的變形特征這也與之前學者們得到的結論一致。從圖中可以看出兩個測點的最終最大側移值均發生在開挖面以下2～7 m，且都超過了報警值，側移值分別為60.24 mm、88.63 mm（分別約為基坑最大開挖深度的0.041%和0.061%）。在之后的類似工程中應及時澆筑基礎底板，使地連墻墻深中部及時得到支護。

圖6 CX2 測點施工全過程中不同深度水平位移曲線圖

圖7 CX24 測點施工全過程中不同深度水平位移曲線圖

2.3 水位變化分析

水位監測點共選取了三個點，SW19、SW22、SW25 監測點位置見圖1 所示。三個測點在基坑開挖階段坑外水位變化規律較為相似，都是從基坑開挖開始，周圍地下水位先呈迅速下降狀態，坑內圍護墻接縫表面有滲水現象，施工單位及時進行了處理，到底板澆筑結束后，隨著地下結構回筑，內襯墻封閉施工完成，坑外水位出現回升，截至最后一次測量已保持穩定（見圖8）。在開挖過程中最大累計變化量為-1 725.1 mm（SW19），超出報警值（800 mm），對于此類問題在施工過程中應該要提高地連墻接縫處的施工質量，避免類似地連墻滲水的情況。

圖8 S W19、S W22、S W25 測點施工過程中水位隨時間變化曲線圖

2.4 支撐軸力分析

因施工原因軸力監測部分只選取了ZCL-1 一個截面軸力，測點各道支撐的軸力時程曲線如圖9 所示。軸力測點ZCL-1 共布置6 道支撐，2、3、4 道為混凝土支撐，1、5、6 道為鋼支撐。支撐軸力變化趨勢為支撐軸力隨著基坑開挖深度增加而增大，當基坑底板澆筑完成后支撐軸力開始逐漸穩定。其中，第2、第3 道混凝土支撐軸力明顯大于其它鋼支撐，軸力值為2 204 kN、2 045 kN，分別約為鋼支撐軸力設計值的63%和31%，均未超過報警值，支撐設計部分完全符合實際項目要求。

圖9 ZCL-1 測點施工全過程中支撐軸力隨時間變化曲線圖

3 結 論

（1）地表沉降隨基坑開挖深度的增加而增加，開挖到中下部地表沉降最快，水位下降會導致周圍土體沉降加速，底板修筑后地表沉降逐漸穩定，最大沉降值在距基坑外邊線4 m 處（約為基坑最大開挖深度的0.3 倍），最大沉降值約為基坑最大開挖深度的0.037%～0.050%。

（2）當基坑開挖到中下部側移量變化加快，選取的兩側點最大側移處通常發生在地連墻的中下部、大致在基坑最大開挖面以下2～7 m，最大側移量分別約為基坑最大開挖深度的0.041%和0.061%，地連墻整體變形呈兩頭小，中間鼓的形狀。隨著底板修筑側移量趨于穩定，有時會有少量側移量回彈的現象。

（3）在基坑開挖過程中，周圍地下水位先迅速下降，坑內圍護墻接縫處表面出現滲水現象，底板澆筑結束后，隨著地下結構回筑，內襯墻封閉施工完成，坑外水位出現回升直到最后穩定。

（4）支撐軸力隨著基坑開挖深度增加而增大，在基坑底板澆筑完成后支撐軸力逐漸穩定，其中第2、第3 層混凝土支撐軸力明顯大于其它層鋼支撐，分別約為支撐軸力設計值的63%和31%。