建筑深基坑施工全過程變形實測分析

0 引言

在我國城市化進程中，大量建筑在開發(fā)過程中產(chǎn)生深基坑，例如高層建筑、超高層建筑、地下停車場、地下商場等地下空間，深基坑工程的特點結構復雜，基坑支護困難，容易失穩(wěn)。深基坑支護結構設計不足，會導致基坑變形過大，嚴重時導致基坑坍塌。因此對深基坑進行監(jiān)測與分析是保證工程安全的一項重要措施[1]。

目前，基坑工程中常見的變形現(xiàn)象為，基坑圍護結構及其周邊土體在水平和豎向（沉降）變形、坑底土體隆起[2-3]等。大量學者對基坑變形開展研究。陶燕麗[4]等對杭州某超深基坑現(xiàn)場觀測資料分析，發(fā)現(xiàn)了基坑支護結束后墻體最大位移值保持不變，處于基坑開挖深度的0.8倍，但在拆除支護過程中，墻體最大側向位移仍有繼續(xù)小幅度增大，增大量可達累積側移量的 10% 。

蕭以蘇[5]對地鐵車站的開挖變形過程進行監(jiān)測，并與有限元模型所得結果進行對比分析，結果發(fā)現(xiàn)支護樁、內支撐、立柱等的實測數(shù)據(jù)及模擬結果都在預警值內，表明采用立柱支護、鉆孔灌注樁聯(lián)合內支撐法在工程實踐中安全可靠。鄭翔[等依托寧波市雙東路車站基坑工程，對基坑施工中地下連續(xù)墻、基坑開挖過程和結構向上施工造成地表以及相鄰建筑的變形進行監(jiān)測，得出在深基坑開挖中增設鋼撐軸力伺服系統(tǒng)，可以降低相鄰建筑物的沉降速度。

基于以上研究成果，本文依托某高層深基坑支護工程，對基坑開挖過程中引起的土體水平位移、樁水平位移、錨索軸力以及周邊建筑沉降進行監(jiān)測分析，試驗結果可以為建筑深基坑施工和設計提供依據(jù)。

1工程概況

某高層建筑深基坑設計地坪標高 ±0 按 38m 考慮，基坑底部標高為 22～25m ，現(xiàn)場地面標高為35.6~37.5m，基坑深度為 12～15m. 。基坑邊上有三棟住宅樓，分別為建筑物1、建筑物2、建筑物3。

采用排樁-錨索組合支護方式支護。其中支護樁的直徑選擇 500～1200mm ，樁距不超過樁徑2倍，樁的鋼筋采用HRB400、HRB335級鋼筋，單樁鋼筋布置大于8根，距離大于 60mm 。錨索孔徑為 100～150mm ，豎向間距大于2m ，水平間距大于 1.5m ，傾角為 15～35^° 。基坑周圍土層主要物理參數(shù)如表1所示。

表1基坑周圍土層主要物理參數(shù)

2 監(jiān)測方案

2.1深層水平位移監(jiān)測方案

根據(jù)GB50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》[7]規(guī)定、基坑概況、工程地質條件等因素，本次共設置18個深層水平位移監(jiān)測點，其中有14個土體水平位移監(jiān)測

點，編號為TT1~TT14，4個支護樁水平位移監(jiān)測點，編號為Z1~Z4。累計水平位移控制值為 40mm ，變化速率控制值為 2～3mm/d. 0

2.2錨索軸力監(jiān)測方案

在開始施工預應力錨索時，將錨索測力計安裝在有代表性的拉索末端，并在張拉前測得測力儀的初頻率，以此為基礎計算。本次共設置11個錨索軸力監(jiān)測點，編號為MS1~MS11。設計值為400kN，控制值為設計值的75% 。監(jiān)測點布置如圖1所示。

2.3周邊建筑物沉降監(jiān)測方案

深基坑開挖會對臨近建筑物或構筑物、管線等造成不良影響，其表現(xiàn)為臨近路面，建（構）筑物及管道發(fā)生不均勻沉降或破壞。根據(jù)基坑周邊環(huán)境，本次共設置12個建筑物沉降監(jiān)測點，編號為JZ1~JZ12。累計沉降控制值為 30mm ，變化速率控制值為 2～3mm/d 。周邊建筑物沉降測點如圖1所示。

圖1監(jiān)測點布置

3監(jiān)測結果分析

3.1 深層水平位移

3.1.1土體深層水平位移監(jiān)測結果

為了對深基坑開挖過程中的土體水平位移變化規(guī)律有直觀的認識，選取TT5監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，研究在不同施工階段測點的水平位移變化情況。TT5深層水平位移曲線如圖2所示。

從圖2中可以看到：在2月，測點值構成的曲線類似線性分布，觀測點最大的水平位移 2mm 左右；在3-5月，土體的水平位移逐漸增大，最大水平位移發(fā)生在地表處；在6一8月，土體深層的水平變形增大，水平位移隨深度方向逐漸減小，土體水平位移曲線呈現(xiàn)出一種逐漸向基坑內彎曲的趨勢；在9月，觀測點的水平位移曲線在深部有明顯的變形，最大位移距離地面2m左右。

3.1.2監(jiān)測結果分析

從不同施工階段分析，3月為深基坑首次開挖。由于土體處于懸臂狀態(tài)，土體深層位移會逐步增加，上半部分土體水平位移迅速發(fā)展，最大位移發(fā)生在地表處，水平位移沿深度方向逐漸降低，此時土層的位移曲線可近似為一條前傾的直線。

圖2TT5深層水平位移曲線

6月為深基坑土體第二次開挖，土體的水平位移逐漸增加，此時基坑錨索預應力張拉完畢，由于錨索及腰梁等因素的影響，上部土體的水平位移發(fā)展速度明顯低于錨索下方某一區(qū)域的水位移發(fā)展速度，因而水平位移沿深度方向呈逐步減小的趨勢，深層水平位移曲線呈現(xiàn)出一種逐漸向基坑內彎曲的趨勢。

9月時基坑已開挖完畢，觀測點的水平位移在錨索的作用下向坑體內產(chǎn)生了不同程度的撓曲，水平變形最大值發(fā)生地表附近。

3.2樁水平位移

樁身測點有4個，選取Z1測點監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，圖3為不同時期其水平位移圖。從圖3可以看到：在3月，基坑第一次開挖，樁水平最大位移在樁頂，最大位移2.5mm左右。在6一8月，基坑第二次開挖，樁的位移隨著深度增加逐漸減小，位移曲線圖類似一條前傾的直線，樁的水平位移比第一次開挖大，最大位移依然在樁頂。在9月，基坑開挖完成，此時深層土體的水平位移仍在增加，樁頂處為最大位移點。

圖3Z1水平位移曲線

3.3錨索軸力檢測結果

錨索軸力監(jiān)測點共11個，選取MS1~MS3監(jiān)測點數(shù)據(jù)進行分析。圖4為錨索MS1、MS2、MS3的軸力隨時間變化曲線。

圖4錨索MS1~MS3的軸力隨時間變化曲線

從圖4可以看到：錨索開始會進行鎖定，此時錨索MS1、MS2的荷載分別為170kN和 200kN ，且曲線剛開始就有明顯下降。這是由于鎖定后導致預應力有所損失。但是隨著基坑開挖卸荷，錨索預應力逐漸增加，然后逐漸穩(wěn)定，錨索MS1、MS2最終拉力值分別穩(wěn)定在150kN和 240kN 左右。錨索MS3鎖定荷載為231kN，鎖定后曲線下降較少，預應力損失較少，最終拉力值穩(wěn)定在201kN左右。

3個錨索在鎖定時出現(xiàn)一定拉力損失，最大損失率為 43% 。鎖定損失發(fā)生較快，在回油的那一刻張拉千斤頂會發(fā)生收縮，鋼絞線的回縮量直接影響到預應力的損耗，這與錨具、夾具設備和施工技術有關，基于此在施工過程中，要注意將鎖定損失降到最低。

3.3周邊建筑物沉降監(jiān)測結果

沉降監(jiān)測點共12個，選取JZ1~JZ6監(jiān)測點數(shù)據(jù)進行分析，圖5為JZ1~JZ6監(jiān)測點在不同時期的沉降量。

從圖5可以看到，沉降曲線劃為3個不同階段：第一階段為平穩(wěn)階段，在基坑為開挖時，每個監(jiān)測點的沉降曲線相對平緩，沉降速率緩慢，沉降量較小；第二階段為快速階段，這一階段為基坑開挖施工過程中，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)下降明顯，沉降量大且速度快；第三階段為緩慢階段，在這一階段基坑的開挖基本結束，測點曲線沉降變得平緩，沉降增量較小，沉降逐步穩(wěn)定。

圖5JZ1~JZ6監(jiān)測點沉降值隨時間變化曲線

從圖5還可以看到，監(jiān)測點JZ2和JZ5的曲線出現(xiàn)了突變，沉降值在短期內急劇增加。根據(jù)工程實際情況，對其進行了分析，得出了其產(chǎn)生的原因如下：在錨桿鉆孔時，對測點及測點所在的建筑樁基造成破壞，使建筑地基一端失去了支撐，從而產(chǎn)生了很大沉降。

4結論

深基坑支護結構設計不足，會導致基坑變形過大，嚴重時導致基坑坍塌。本文依托某高層建筑深基坑支護工程，對基坑開挖過程中引起的土體水平位移、樁水平位移、錨索軸力以及周邊建筑沉降進行監(jiān)測分析，得到如下結果：

1）在深基坑開挖初期，深層土體水平位移曲線近似直線，最大位移出現(xiàn)在近地面處，水平位移 2mm 左右，基坑開挖深度的增大，曲線形狀類似“弓形”，且最大位移從上往下遞減。樁底部不發(fā)生沉降，最大變形在樁頂，呈現(xiàn)形式為“前傾型”。

2）錨索鎖定后會造成損失，損失率最大為 43% ，此后軸向力逐漸趨于平穩(wěn)。

3）深基坑周圍建筑的沉降可分為平穩(wěn)階段、快速階段和緩慢階段三個階段，每個期都與基坑的施工進程相對應，其沉降量與建筑、基坑之間的距離有關。

參考文獻

[1]基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程:DG/TJ08—2006.[S]北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]張陳蓉，俞劍，黃茂松，等.基坑開挖對鄰近地下管線影響的變形控制標準巖[J].巖土力學，2012，33(7):2027-2034.

[3]尹盛斌，丁紅巖.軟土基坑開挖引起的坑外地表沉降預測數(shù)值分析[J].巖土力學，2012，33(4):1210-1216.

[4]陶燕麗，陳康，朱劍鋒，等.密集建筑區(qū)超深基坑施工全過程環(huán)境變形實測分析[J].地下空間與工程學報，2024，20(3):969-977.

[5]蕭以蘇.地鐵深基坑施工全過程變形規(guī)律研究[J].水利規(guī)劃與設計，2023，(11):124-129.

[6]鄭翔，湯繼新，成怡沖，等.軟土地區(qū)地鐵車站深基坑施工全過程對鄰近建筑物影響實測分析[J].建筑結構，2021，51(10):128-134.

[7]建筑基坑工程監(jiān)測技術標準：GB50497-2019[S]北京：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，2019.