朱毅斌

(福建省水產設計院 福建福州 350001)

0 引言

近年來，基坑監(jiān)測方法有了很大提高，對于監(jiān)測數據的分析處理也有了新的進展，通過監(jiān)測數據反演土體力學參數，反饋給設計單位，實現(xiàn)動態(tài)設計、優(yōu)化設計，并通過監(jiān)測數據預測未來一段時間內基坑的變形情況，從而對保障基坑穩(wěn)定性、指導施工、動態(tài)設計具有積極作用。本文以福州某大廈基坑開挖為例，通過對基坑支護結構的監(jiān)測與數據分析，研究支護結構應力變化與位移情況，并及時反饋給設計單位，實現(xiàn)了信息化施工、動態(tài)設計，進而確保了周邊建(構)筑物的安全[1]。

1 工程概況

某大廈位于福州市五四北路和二環(huán)路交叉口的東南角?；颖眰葹槎h(huán)路高架橋，東側為省老干局高壓配電房(2層、框架結構)，南側為湖前內河河堤，鋪設有10萬伏高壓電纜。該大廈地上30層，地下3層，基坑占地面積約2000m2?；娱_挖深度約12.6m。

該場地地質土層自上而下為：

①素填土 1.70～2.40m厚；

②淤泥 13.00～15.00m厚；

③含泥碎礫石 0.50～3.00m厚；

④粘土 5.00～8.00m厚。

豎向支護樁采用Φ800沖(鉆)孔灌注樁，于1994年施工完成后一直處于停工狀態(tài)，直至2007年下半年開始外圍水泥攪拌樁及水平支撐立柱的施工。

2 基坑支護設計

基坑支護采用C30鋼筋混凝土沖(鉆)孔灌注樁，樁徑Φ800mm，樁長22m，樁距950mm，樁頂設0.50m厚C30鋼筋混凝土冠梁，內設三道水平內支撐。其支護系統(tǒng)平面圖、斷面圖如圖1～圖2所示。

圖1 支護系統(tǒng)平面圖

圖2 支護剖面圖

3 監(jiān)測結果與分析

3.1 監(jiān)測內容

根據設計圖紙及相關規(guī)范要求，對基坑支護結構及周邊情況進行了監(jiān)測。主要監(jiān)測內容有：支撐軸力、連續(xù)墻后土體深層位移、連續(xù)墻頂部水平位移、立柱豎向位移及周邊建(構)筑物豎向位移、水位監(jiān)測等。測點的布置根據設計圖紙及現(xiàn)場實際情況布設，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測點位布置圖

3.2 主要監(jiān)測成果的監(jiān)測數據分析

在每道支撐上分別布設6組應力傳感器，應力傳感器均布設在支撐梁垂直面兩側，如圖3所示。支撐應力實際上是支撐對周圍土壓力的集中反力，其數值大小及變化情況與施工進程密切相關。三道支撐的平均應力隨時間變化的結果如圖4所示。

圖4 三道支撐的應力隨時間變化曲線

由圖4分析可見三道支撐應力變化情況如下：

(1)基坑的第一道支撐在開挖過程中，支撐應力變化較平緩，平均應力在-10kN左右。

(2)第二道支撐在開挖過程中的變化不均勻，且數值各不相同，其大小變化與支撐部件的位置受力不同及開挖順序有關，南北向中間兩道支撐的受力變化較大。開挖至坑底后，應力達到最大值；底板澆搗后，應力逐漸減少，在拆除第三道支撐時，應力又逐漸增大。

(3)第三道支撐的平均應力比第二道支撐的平均應力小，其平均應力約為-7kN。當基礎底板澆搗后，由于基礎產生的壓力變化和水化膨脹作用，使得第二道和第三道支撐的應力有所下降。

3.3 地下連續(xù)墻后土體水平位移

地下連續(xù)墻墻體在土體開挖后，墻體受力增加產生一定的變形，通過對圍護樁后土體的測斜管監(jiān)測，可以適當反映墻體變形。在基坑四周共布設9個24m深的測斜管，東西南北各邊主要測試結果如圖5所示。

圖5 連續(xù)墻后土體深層位移沿深度隨時間變化曲線

由圖5可見連續(xù)墻后土體深層位移沿深度變化如下：

(1)深層位移曲線特征為兩端小，中間大，且最大水平位移處隨開挖深度逐漸增大，向下移動，最終在基坑底面附近處達到最大，最大位移變形為44mm(南側)。

(2)在第一道支撐做好后到第二道支撐完成前，墻體的水平位移變化速率逐漸增大；當第二道支撐完成后，位移速率有所下降，但隨開挖的繼續(xù)，速率又開始增大。相對位移速率變化較大，從而引起第二道支撐應力的增加。

3.4 連續(xù)墻頂部水平位移

連續(xù)墻頂部水平位移是墻體最直接變形量的反應，其變形量的大小，主要取決于基坑的寬度、開挖深度、土層的性質、墻體剛度、入土深度、開挖支撐形式及施工工藝等。監(jiān)測點如圖3所示，測試結果如圖6所示。

圖6 連續(xù)墻頂部水平位移隨時間變化曲線

從圖6可看出連續(xù)墻頂部水平位移變化如下：

最大水平位移變化均發(fā)生在連續(xù)墻體中部，且東側和南北側的頂部水平位移相對較大，這與基坑的寬度較大有關。

3.5 立柱沉降

除監(jiān)測連續(xù)墻墻體水平位移外，還要監(jiān)測土體開挖對地下連續(xù)墻引起的隆起或沉降。同時，由于基坑的開挖，在基坑的底部引起隆起或沉降使立柱樁向上或向下產生側向力，從而使支撐有失穩(wěn)破壞的可能。

立柱沉降點位布設如圖3所示。四周墻體及立柱呈上浮變形，但變形值均較小，最大為3mm。這是由于基坑開挖土體卸載回彈，以及圍護墻側土體側限解除，從而帶動了四周墻體及立柱發(fā)生向上的位移。

3.6 周邊建(構)筑物沉降

在基坑施工期間，對鄰近場地的道路、湖前河岸、老干局配電房等建(構)筑物進行沉降監(jiān)測，具體監(jiān)測點位如圖3所示。

3.6.1鄰近道路監(jiān)測

基坑北側鄰近道路沉降最大為56.7mm，而基坑北側頂部最大變形為25mm，說明基坑周邊土體變形以沉降為主，這也與施工期間大型車輛進出荷載有關。

3.6.2湖前河岸沉降監(jiān)測

該基坑南側河岸埋設有10萬伏高壓電纜，在基坑施工前，特將電纜暴露，周圍用沙覆蓋。由于南側基坑支護樁中心距離河岸僅3m，為安全起見，在水泥攪拌樁施工時，在河道內架設滿堂架支撐河道。鄰近河岸最大沉降量為28.4mm，最小為7.4mm，平均沉降17.1mm。

3.6.3老干局配電房沉降監(jiān)測

配電房監(jiān)測點中，其最大沉降量為11.3mm(F7點)，最小沉降為6.9mm(F4點)，平均沉降為8.4mm，相鄰沉降差最大為3.8mm(F5和F6點間)，其相鄰沉降差滿足規(guī)范(GB50007-2002)規(guī)定的0.002L的要求(L為相鄰監(jiān)測點的距離，單位mm)，但頂層樓板出現(xiàn)部分裂縫，后經修補后，未再出現(xiàn)新增裂縫。配電房運行正常。

3.7 設計優(yōu)化

根據監(jiān)測點數據監(jiān)測數據反饋分析，各邊中間深部位移較大，兩端較??；墻頂水平位移變化最大處也發(fā)生在墻體中部，且東側、南北側頂部水平位移相對較大。對原設計兩端的內支撐間距適當優(yōu)化，并調整各邊中部的支撐點位置，使中部支撐點位根據實際灌注樁施工完成后的位置設置的更為合理。

4 結論

通過該工程監(jiān)測方案的實施和施工過程中的信息化監(jiān)測，有效地保護了基坑支護結構和周邊環(huán)境的安全，證明設計方案與施工組織是相對有效的，根據以上分析，可得出以下幾點結論：

(1)合理的土體暴露時間。基坑開挖中，深層土體的開挖會引起較大的支撐結構應力與支護結構的位移及土體沉降變形。施工中應嚴格控制這部分土體的暴露時間，及時架設支撐和澆筑混凝土底板，以減少基坑的變形和支護結構的變形。基坑工程具有時空效應，土側壓力與開挖步驟密切相關及基坑彎處與側邊中部的變形有較大差異。從連續(xù)墻頂部水平位移隨時間變化曲線分析，在不規(guī)則深基坑中陽角位置一般為基坑的薄弱位置，支護變形較基他位置偏大。

(2)數據反饋設計，實現(xiàn)動態(tài)設計。從監(jiān)測結果表明，墻體后土體最大變形為44mm，與墻體的埋深(22m)和基坑的深度(12.6m)之比分別為0.20%和0.35%，均在一般工程許可范圍內。數據反饋設計，加快工程進度，縮短工期，節(jié)省建設投資，收到較好的經濟效益。

(3)組織監(jiān)測，做到信息化施工。由于深基坑支護工程中，荷載難于確定，而地質條件和施工條件又較復雜，所以有必要對整個施工過程進行監(jiān)測，這樣，既可以對理論設計的結果進行比較與驗證，又可以將監(jiān)測的數據進行反饋，指導施工進程，做到信息化施工[2]。