深基坑“護坡樁+砼內支撐”支護工程監測數據綜合分析

佀海霞 韓士杰

北京道濟測繪有限公司 北京 102600

引言

為了更大程度實現大城市尤其是核心區域土地的價值，加大土地利用率，在工程項目建設過程中，深基坑的開挖不可避免。深基坑是為安全實施地下結構而形成的一種臨時結構，通過對基坑巖土性狀、支護結構變位和周圍環境條件的變化及分析工作，并將監測結果及時反饋，預測進一步施工后將導致的變形及穩定狀態的發展，根據預測判定施工對周圍環境造成影響的程度，來指導設計與施工，實現所謂信息化施工[1]。

城市核心區域的新建項目周邊通常為建成區，項目本身作業空間有限，這就給基坑的開挖和項目建設增加了很大難度。內支撐支護方式適用于場地狹小且需要深開挖，周邊有更嚴格控制位移的建筑物、構筑物和地下管線等情況。施工進度慢會為基坑安全帶來風險，維護基坑的安全一直是監測工作的重點問題[2]。本文以北京市大興區黃村鎮某項目為例，介紹“護坡樁+砼內支撐”支護的深基坑工程監測技術應用，并通過數據分析來指導安全施工，確保基坑安全。

1 工程概況

本工程位于北京市大興區黃村鎮，周邊為建成區，項目北側35m為市政路，東側9.4～11.0m為18層高層住宅樓和地下二層車庫（地面相對標高-10.7m），南側10.6m為6層居民樓，西側5.3m為5層現狀辦公樓。工程建筑使用性質為城市基礎公共設施，占地總面積3191.65m2，總建筑面積14475.0m2，基坑東西寬約31.4m，南北長約82.8m，開挖深度為14.70m，基坑側壁安全等級定位一級。按照設計條件、基坑各部位地質條件、周圍環境和場地使用等不同情況綜合考慮，本項目共劃分4個支護段，各支護段采用“支護樁+砼內支撐”支護體系。

2 基坑各支護段情況

本項目地下3層，基坑支護方式為支護樁+砼內支撐，圍護結構上部2m范圍內采用放坡及擋水墻，下部為直徑Φ1000mm的灌注樁，除4-4剖面樁長12.0m外，其余剖面樁長19.5～21.0m不等。樁頂采用冠梁連接成整體，現澆筑混凝土形成橫向內支撐體系，由于開挖較深，采用兩道砼內橫向支撐，橫向支撐中心分別布設在基坑深度-2.92m和-8.35m的位置, 支撐橫截面分別為800mm×1000mm、1000mm×1200mm。支護剖面設計圖如圖1所示，現場實施情況如圖2所示。

圖1 支護段設計剖面

圖2 支護段現場實施情況

3 監測內容方案

3.1 監測內容及指標

根據基坑支護設計方案和有關規范要求實施監測[3]，為配合基坑支護、樁基礎、土方開挖等施工，及時準確地提供有關信息，本次監測內容為：①支護樁頂水平位移、②護坡樁深層水平位移、③立柱沉降監測、④支撐內力監測、⑤支護樁頂豎向位移、⑥周邊地面沉降監測、⑦周邊建筑沉降、⑧安全巡視等8項內容。由于數據量較大，本文選取了較為典型的監測項和數據，重點討論基坑①、②、③、④項監測內容及數據。

根據本工程支護設計方案及有關規范要求，預警指標詳見表1：

表1 監測報警指標表

3.2 監測點位布設及觀測方法

3.2.1 監測點的布設。圍護結構第一道支撐外輪廓如圖3所示，采用橫向內支撐，各支護段支護剖面及各監測內容具體監測點位如下圖3所示，對重點分析點位進行放大顯示。

圖3 監測點平面布置圖

3.2.2 觀測方法。3.2.2.1支護樁頂水平位移。水平位移觀測點設置在護坡樁冠梁上，在冠梁上打孔將小棱鏡通過水泥或建筑專用膠固定在冠梁上。為了最大程度避免人為因素對觀測數據的影響，本工程觀測設備采用LeicaTS30機器人進行數據采集。內業數據采用Viva TPS三維變形監測系統處理。

3.2.2.2 深層水平位移監測。滑輪式測斜儀方便攜帶，工程適用性強，施測成本低，本工程采用泰瑞科滑輪式測斜儀TRCCX-01E進行深層水平位移的監測，預埋測斜管與灌注樁鋼筋籠綁扎固定，管底深度與樁底一致，管頂露出地面50cm。埋深時需要校正導向槽方向，使其平行或垂直于基坑邊線方向，同時注意對測斜管孔口的保護。

實施測斜監測時，將探頭的高導輪組朝預測變形方向，以孔底為基準點，這時電纜上的深度標志數應和讀數儀顯示的孔深相同，此時為測讀起點，等讀數儀顯示數值穩定后方可保存測量的數據，此時讀數儀已進入測量狀態并保存了這一深度的測量數據（即為正測）。完成后把探頭調轉180°，重新放入孔內，重復正測在相同的深度標志測量對應的數據（即為反測）。一次完整的正測和反測為這個測孔的一組數據，通常采用正反測的目的是為了提高精度，抵消敏感元件因零偏（即零位）造成的誤差。

3.2.2.3 立柱豎向位移監測。在橫向支撐立柱位置安裝小棱鏡，固定方式如圖4所示。因為觀測點位與儀器安置不在一個平面上，所以采用智能全站儀三角高程測量方式。測繪科學技術的飛速發展，測量設備的不斷更新，自動照準的高精度智能全站儀的出現使精密三角高程測量方法代替二等水準測量得以實現[4-6]。觀測設備仍然使用Leica TS30，通過自動照準減少各類誤差從而使測量精度達到基坑監測沉降位移監測的技術要求。

圖4 QD3、QD5、QD9支護樁頂水平累計位移量-工程進度變化曲線圖

3.2.2.4 支撐力監測。支撐內力監測點布置以受力較大、支撐內力復雜的橫梁及與橫梁成45°角等經典型斷面為基礎，并保證監測數量和位置，盡可能保證與支護面等監測點垂直。澆筑混黏土前，將鋼筋應力計與橫梁鋼筋綁扎在一起，鋼筋應力計的中心與橫梁的軸線一致或平行，防止因為偏心對監測結果產生的影響。

施工完成后應用專用應力計或應變計進行檢查測試，并取下一層土方開挖前連續2d獲得的穩定測試數據的平均值作為其初始值。對支撐支護措施進行不斷完善和改進，進而有效提升內支撐支護的作用，提高基坑工程的安全和質量。

4 監測成果數據分析

本基坑周邊環境復雜，距離建成區均小于一倍基坑開挖范圍，隨著基坑開挖和“支護樁+砼內支撐”方式的實施，從監測數據來看，基坑及周邊環境的安全狀態較為可靠，各監測項監測數據呈現一定的統計規律性。

4.1 支護樁頂水平位移分析

本文選取比較有代表性的3個監測點，作為代表進行數據分析。

從圖4可以看出支護樁樁頂監測點QD3、QD5、QD9最小位移值為-1.7mm、0.6mm、-2.0mm出現在第一道內支撐-2.92m完成，基坑開挖深度約6m階段。各點最大變形正值分別為5.1mm、7.8mm、9.0mm，最大變形值出現在第二道支撐-8.35m完成，基坑開挖深度約至14.0m，底板尚未完成階段。底板形成后，至地下各階段施工，樁頂水平位移變形數據整體趨于穩定，整個變形區間范圍位于-2.0～9.0mm，遠低于29mm的預警值。至地下結構施工完成穩定于2.7～6.2mm區間。總體來看，變形曲線符合一定的規律性，樁頂水平位移變化范圍在安全可靠范圍內。

4.2 深層水平位移分析

在支護樁傾斜方面，隨著本項目工程進度的推進，深層水平位移也出現了相應的變化。深層水平位移選取了比較有代表性的5個施工階段。各階段累計變形量如下圖5。

圖5 1#工程進度支護樁深層水平位移-深度曲線圖

從圖5可以看出，位于基坑陽角處的1#點位，整個變形范圍較大，在-12m以上位置變形量較大，但總體累積變形與深度曲線總體比較平穩，最大值出現在第二道支撐拆除完成后，支護樁中部第二道支撐8.5m上下位置變形量較大，最大變形量達到11.63mm，遠小于44mm的預警值。深層水平位移變形量最值出現的位置恰恰是第二道內支撐的實施位置，說明內支撐方式對基坑側壁有明顯力的作用，驗證了支護設計方式的有效性。

4.3 立柱豎向位移分析

立柱沉降從數據變形曲線來看，大致可以將其變形分為5個階段，一道撐形成、二道撐形成、底板完成階段、地下結構施工階段及拆除砼內支撐階段。

從圖6可以看出，3個監測點均呈現第一階段從基坑開挖至底板形成，立柱沉降量在-4.46～+6.49mm范圍內波動，底板形成后收斂在-2.48～+0.52mm，地下結構施工過程中，由于底板受到承載力加大的影響，立柱沉降量有增大趨勢，內支撐拆除過程中和拆除過后，可能受到拆除外力影響，變形最大達到-7.33～+7.34mm，待拆除內支撐后，變形量數據逐漸減小且區域穩定，最終收斂于-3.23～+3.44mm。立柱沉降變形量遠小于30mm的預警值。總體而言，立柱沉降整個變形過程中，地下結構施工及內支撐拆除對其變形影響較大，但變形區間均在安全可控范圍。

圖6 C4、C8、C10立柱累計沉降量-工程進度變化曲線圖

4.4 支撐軸力分析

本文選取了第一道撐的3、4、7號和第二道撐7號點軸力監測點位來分析各個施工階段的砼內支撐軸力情況和同一剖面第一、第二道支撐軸力情況。

由于內支撐為混凝土內支撐，與鋼支撐不同，此支撐方式內力存在拉應力和壓應力兩種情況，從圖7可以看出，第一道支撐各監測點隨著施工進度開展，至底板形成存在拉壓應力切換的情況，底板形成后，第一道支撐軸力均為壓應力，且逐漸增大分別至單筋最大值11.91kN、9.48kN、9.68kN后趨于穩定，同時伴隨地下結構的施工，第一道支撐軸力穩定的同時，呈現減小的趨勢，二道支撐拆除后一道支撐受力明顯增大。第二道支撐軸力明顯比第一道支撐軸力大，底板形成前受力增大至穩定底板形成后數據穩定且呈現輕微減小的趨勢，伴隨著地下結構施工，第二道支撐壓應力單筋最大值25.61kN，之后隨著施工進度的推進略有減小至結構拆除。支撐梁應力隨開挖深度的增加而有所增大，直至到基坑底板形成，軸力基本趨于穩定[7]。整體分析，此曲線經與設計比較，符合軸力與施工進度的變化規律，間接驗證支護設計方式有效。

圖7 支撐軸力-工程進度曲線

5 結束語

該基坑從打樁、土方開挖、地下結構施工至砼內支撐拆除，樁頂水平位移、樁體深層水平位移、立柱監測、支撐軸力等監測項均未達到預警值，結合本文未討論的其余監測項數據綜合分析。說明基坑及周邊環境安全，施工方式得當，基坑支護設計合理，為以后小開挖面深基坑第三方如何開展監測工作提供經驗和參考。