(浙江工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院 浙江 杭州 310014)

基坑工程是一個(gè)古老而又具有時(shí)代特點(diǎn)的巖土工程課題。隨著我國高層及超高層建筑的發(fā)展和人們對地下空間開發(fā)和利用的日益增多，基坑工程不僅數(shù)量增多,而且朝著更大、更深的方向發(fā)展。我國目前大量的基坑工程集中在市區(qū),施工場地狹小，周圍環(huán)境條件復(fù)雜,基坑工程不僅要保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的安全,而且要保證周圍建(構(gòu))筑物的安全和正常使用。因此對基坑工程開展現(xiàn)場監(jiān)測及進(jìn)行基坑工程變形特性研究,對基坑工程中的變形量預(yù)測和優(yōu)化施工措施等具有重要意義。

一、基坑監(jiān)測的重要性

人類工程建設(shè)活動(dòng)通常是在地球表面的巖土體上進(jìn)行，由于巖土體存在嚴(yán)重的各向異性，且其應(yīng)力狀態(tài)一旦改變將引發(fā)的力系重新分布,對巖土體的這一不可預(yù)知性需要有個(gè)認(rèn)識過程?，F(xiàn)行規(guī)范對各種巖土計(jì)算理論都是建立在假設(shè)邊界條件或理想狀態(tài)下進(jìn)行的?；谝陨显?，設(shè)計(jì)方案在實(shí)施過程中遇到未考慮的因素出現(xiàn)是難免的，其影響后果有時(shí)甚至是嚴(yán)重的。

在這種情況下，在施工過程中對周圍巖土體內(nèi)部應(yīng)力、變形及構(gòu)筑物內(nèi)力、變形進(jìn)行監(jiān)測，并對結(jié)果進(jìn)行專業(yè)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)的隱患，并可以對其發(fā)展趨勢進(jìn)行有效的監(jiān)控，從而為進(jìn)行安全補(bǔ)救措施提供科學(xué)依據(jù)和充足的時(shí)間，保證建筑施工安全進(jìn)行。

對于平時(shí)的科學(xué)研究而言，進(jìn)行監(jiān)測資料的采集可為有限元分析模型提供必要的數(shù)據(jù)支撐；可為基坑抗隆起穩(wěn)定極限上限法分析提供計(jì)算數(shù)據(jù)；可為基坑隆起和抗隆起模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比從而判斷其合理性。因此，無論對于工程施工或課題研究，進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測是十分必要的。

二、基坑變形特征及相互聯(lián)系

隨著土體開挖，受支護(hù)的基坑邊壁由于開挖卸荷打破了力的平衡，導(dǎo)致了支護(hù)結(jié)構(gòu)及土體的側(cè)移協(xié)調(diào)變形。從而引發(fā)了支護(hù)墻后一段范圍土體向下滑動(dòng)產(chǎn)生了地表沉降。隨著基坑開挖深度的不斷增大，這種向下滑動(dòng)的沉降擠壓基坑外側(cè)的土體，當(dāng)基坑插入深度不足時(shí)，基坑內(nèi)部的土體受到外側(cè)土體的擠壓作用出現(xiàn)坑底隆起。因此工程開挖過程中基坑的變形主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移、周圍地表沉降及基坑底部隆起三部分組成這三者之間是存在聯(lián)系，相互耦合的。而在工程上，除了坑底隆起值難以監(jiān)測外，三者之間聯(lián)系主要表現(xiàn)在地表最大沉降值與圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移值、圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移深度之間的聯(lián)系，這也是目前基坑變形特性研究中主要使用的監(jiān)測值。

三、監(jiān)測實(shí)例總結(jié)

針對基坑變形，目前已有大量的學(xué)者基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析進(jìn)行研究，不同學(xué)者選取不同地區(qū)的某一個(gè)或者某一類工程進(jìn)行變形特性分析，且不同工程所采取支護(hù)形式也有所不同，通過控制變量對比分析一類工程地質(zhì)條件下的基坑變形特性，各自有如下研究成果：

宋順龍[1]重點(diǎn)對寧波軌道交通1號線一期工程13座地下2層車站基坑的墻體最大水平位移及墻后最大地表沉降進(jìn)行研究，分析基坑墻體水平位移、墻后地表沉降的變化規(guī)律以及墻后地表沉降與墻體水平位移的關(guān)系。結(jié)果表明:基坑墻體水平位移及墻后地表沉降均較大，其中墻體水平位移平均達(dá)0.46% H，墻后地表最大沉降平均值達(dá) 0.7% H;墻后地表沉降呈現(xiàn)為“凹槽形”，地表最大沉降位于(0.5 ～1.0)H 范圍內(nèi);墻后最大地表沉降與墻體最大水平位移比值的平均值為 1.71。

武朝軍等[2]對典型車站基坑的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)以地下連續(xù)墻或咬合樁為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的順作法車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移平均值均約為0.16%H，墻后最大地表沉降平均值為0.13%H；最后用三維數(shù)值分析的方式對具有代表性的蘇州樂園站基坑的施工進(jìn)程進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)隨著開挖深度的增加，開挖至坑底后圍護(hù)墻下端出現(xiàn)明顯的踢腳現(xiàn)象。

喬亞飛等[3]收集了無錫市軌道交通一號線地鐵車站深基坑工程的實(shí)測變形資料，統(tǒng)計(jì)分析了無錫地區(qū)以地下連續(xù)墻為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深基坑變形特性。結(jié)果表明，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移介于0.05%H和0.25%H之間，平均值約為 0.12%H，最大側(cè)移位置介于0.7H 到1.1H之間，均值約0.9H；周邊地表沉降介于0.05%H 和0.13%H之間，平均值約為0.09%H；H為開挖深度。

王建華等[4]收集了上海市區(qū)31個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合深基坑工程的實(shí)測變形資料，從統(tǒng)計(jì)角度探討了支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性。結(jié)果表明，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移介于 0.1%H 和 0.6%H 之間，平均值僅為0.25%H，H為開挖深度；且圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移一般位于開挖面附近。進(jìn)一步分析了墻底以上軟土層厚度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入比、支撐系統(tǒng)剛度、坑底抗隆起穩(wěn)定系數(shù)及首道支撐的深度位置等因素對圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響。

李淑等[5]對北京地鐵 30 個(gè)明挖車站的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將分析結(jié)果與國內(nèi)外類似工程進(jìn)行對比。研究表明：(1)北京地鐵車站深基坑開挖引起的地表變形最終表現(xiàn)為“凹槽形”。最大沉降發(fā)生在拆除坑底以上 1～2 道支撐時(shí)，距基坑側(cè)壁10～15m。(2)地表最大沉降值隨開挖深度的增大而增大，隨插入比的增大而減小，為(0.034%～0.316%)H，平均值為0.1%H。(3)地表最終變形值小于最大變形值。75%的測點(diǎn)最終沉降為0～20mm，沉降大于30 mm的測點(diǎn)很少，僅占 1.93%。(4)基坑開挖在引起地表沉降的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致地面隆起，但隆起值隨開挖深度的加大而減小，最終的隆起量和隆起測點(diǎn)數(shù)較小。

四、基坑特性研究總結(jié)

通過對大多數(shù)監(jiān)測實(shí)例的研究，本文對基坑開挖過程中的變形特性做了以下概括：

(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移值，地表最大沉降值，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移深度為目前進(jìn)行基坑變形特性研究中用以反映基坑變形使用最多的三個(gè)監(jiān)測值，未來項(xiàng)目基坑監(jiān)測過程中也應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測。

(2)基坑工程變形特性影響因素復(fù)雜多樣，相互影響因素之間存在一定耦合關(guān)系，插入比，開挖深度，圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度等影響因素目前被運(yùn)用最多，因此這三者監(jiān)測數(shù)值值得被重點(diǎn)監(jiān)測且應(yīng)做詳細(xì)記錄。

(3)基底隆起、地表沉降、墻體側(cè)移三者之間在工程性狀上的聯(lián)系可由基底抗隆起穩(wěn)定系數(shù)、墻體最大變形值、地表沉降最大值表現(xiàn)。三者之間關(guān)系可以墻體最大變形值為中間值兩兩建立聯(lián)系，針對墻體最大變形值與地表沉降最大值之間的聯(lián)系，則需考慮不同支護(hù)結(jié)構(gòu)，不同工況等帶來的影響。