吳旭彬

（1、深圳市巖土綜合勘察設計有限公司 深圳518172；2、深圳市龍崗地質勘查局 深圳518172）

0 引言

深基坑工程作為危險性較大的分部分項工程，在開挖過程中事故頻發(fā)，基坑失穩(wěn)與傾覆往往會對周邊建筑造成嚴重破壞并形成重大安全事故，如何保證深基坑的安全和穩(wěn)定是工程中的重要課題。對于存在深厚軟弱土、深厚填土等不利地質條件的深基坑工程，除采取穩(wěn)妥的基坑支護方案、嚴格控制施工質量外，利用科學合理的監(jiān)測手段，形成及時有效的反饋機制，也是保證深基坑安全穩(wěn)定的重要途徑。國內外學者針對各地區(qū)不利地質條件下遇到的深基坑工程，深入分析基坑開挖監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時預警險情、處理問題，既保證了工程的安全又得到了很多有益的成果［1-4］。吳鋒波等人［5］對多地的基坑工程監(jiān)測問題進行總結，提出了針對監(jiān)測控制值的建議；丁智等人［6］對浙江軟弱土地區(qū)37 個深基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了歸納分析，提出了一種預測基坑側移曲線的方法；葉任寒等人［7］結合溫州地區(qū)一軟土基坑，探討了基坑開挖對周邊建筑物、道路沉降、支撐軸力以及地下水位等的影響。胡靜等人［8］針對天津某軟弱土地層條件下的深基坑工程，利用基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了SMW 工法在此地區(qū)的適用性。肖榮軍［9］針對一軟弱土基坑工程，提出了一種鋼管斜撐改進設計方法，結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了改進方法的工程實用性。吳乾坤等人［10］利用某軟弱土地區(qū)深大基坑開挖全過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)，深入分析了基坑開挖不同階段的變形規(guī)律。本研究的背景是深圳地區(qū)一人工填土區(qū)域的基坑工程，基坑開挖深度為14～16 m 且開挖范圍內幾乎全部為素填土，支護采取的形式主要為樁錨支護，針對如此深厚填土區(qū)域的深基坑進行監(jiān)測分析在國內外鮮有相關的經驗。

本文結合深圳地區(qū)某開挖范圍幾乎全為填土的深基坑工程，介紹了針對其樁錨支護方式的基坑監(jiān)測方案，對支護結構的水平位移、沉降、測斜以及錨桿拉力等監(jiān)測指標進行了深入分析，揭示了基坑工程監(jiān)測指標在施工全過程中的變化趨勢，為基坑的安全工作提供了保證，可為類似基坑工程提供參考。

1 工程簡介

1.1 工程概況

某基坑項目位于深圳市龍崗區(qū)大運片區(qū)，周長約350 m，開挖面積約8 100 m2，場地東側、北側現(xiàn)為空地，西側為市政道路，南側為大運中心停車場。場地規(guī)劃擬建包括1 棟20 層辦公樓（高度為100 m）、1 棟16 層辦公樓（高度為82.5 m）、1 棟14 層公寓（高度為56.7 m）以及商業(yè)裙房（高2 層），設整體地下室3 層。高層住宅結構型式擬采用框架-核心筒、框架-剪力墻，基礎擬采用樁基礎?；娱_挖范圍內的地質情況主要為素填土（填土的堆填時間推測為8～10 年）、砂質黏性土、全風化砂巖以及強風化砂巖，其物理力學指標如表1所示。

表1 土層物理力學指標Tab.1 Physical and Mechanical Indexes of Soil Layer

1.2 支護設計方案

本項目周邊環(huán)境條件較為有利，基坑周邊無重要的建筑物，對變形控制指標要求較低。經建設方與周邊地塊溝通，柔性支護結構可不受用地紅線限制，存在錨索施工的有利條件。但本項目開挖范圍內幾乎全部為素填土，錨索抗拔性能由于不利的地質條件必然會受到影響。經過多組錨索基本試驗驗證，最終確定了樁+錨索的支護方案（從上至下3 道錨索），選取基坑支護的典型剖面如圖1所示。

圖1 基坑支護典型剖面Fig.1 Typical Profile of Supporting

本基坑的主要設計方案如下：①基坑支護的最大深度為16 m 左右，周邊環(huán)境較為簡單，除一側分部有市政管線外，周邊無重要建（構）筑物，開挖范圍內存在深厚填土，地質條件較差，依據(jù)開挖深度及周邊環(huán)境的破壞后果，將基坑支護的安全等級確定為二級；②支護方案為樁+錨索的形式，支護樁樁徑為1.2 m，支護樁間距為1.8 m，錨索設置3 道，支護樁長在滿足基坑整體穩(wěn)定和抗傾覆要求的前提下，根據(jù)地質條件有所區(qū)別，由上至下設置3道預應力錨索，錨索抗拔力根據(jù)基本試驗和計算要求綜合設置；③鑒于填土具有較強透水性，且基坑周邊存在市政管線及地面停車場，基坑設置全封閉止水帷幕，帷幕采用在2根支護樁中間設置1 根3 管旋噴樁的形式（樁徑為1.0 m），帷幕深度要求穿透填土地層不小于3 m以達到封閉止水的效果。④基坑布置臨時排水系統(tǒng)，包括基坑頂部及底部的排水溝和集水井等設施。

2 監(jiān)測方案設計

2.1 監(jiān)測項目

本基坑設置的具體監(jiān)測項目如表2 所示，主要包括支護樁的水平、豎向位移、測斜值、錨索應力、地下水位以及周邊地表和管線的沉降等，監(jiān)測點的具體位置如圖2所示。

表2 監(jiān)測項目Tab.2 Monitoring Program

圖2 監(jiān)測點平面布置Fig.2 Layout Chart of Monitoring Point

2.2 監(jiān)測頻率及預警值設置

監(jiān)測頻率和和監(jiān)測預警值是基坑監(jiān)測的重要指標，一般需要結合周邊環(huán)境、地質情況以及基坑安全等級綜合設置?；拥谋O(jiān)測頻率在不同的施工階段有所不同，基坑未開挖之前一般只監(jiān)測周邊環(huán)境及管線情況，待基坑開挖階段開始對所設置的所有監(jiān)測項目展開監(jiān)測工作，隨著開挖深度的增加，監(jiān)測的密度逐漸增加，等開挖至基坑底并澆筑底板后，監(jiān)測頻率會稍有降低，如有內支撐的情況，在拆撐的過程中又需要加密監(jiān)測頻率。在施工過程中如遇暴雨等惡劣天氣或出現(xiàn)變形較大超過預警值等危險情況應加密監(jiān)測，并提供處理建議。結合本項目工程設計，監(jiān)測頻率如表3所示，監(jiān)測項目累計允許值如表4所示。

表3 監(jiān)測頻率Tab.3 Monitoring Frequency

表4 監(jiān)測項目累計值Tab.4 Aggregate-value of Monitoring Program

2.3 監(jiān)測工作完成情況

本項目于2016 年10 月正式開始進場施工，2016年10月～2017年1月為支護結構施工階段，2017年2 月開始布置監(jiān)測點并采集監(jiān)測初始值，2017 年2 月～2019 年4 月共對基坑支護結構進行了497 次變形監(jiān)測（包括豎向沉降及水平位移），地表沉降共進行了500 次監(jiān)測，對基坑周邊管線及道路進行了493 次變形監(jiān)測，對預應力錨索進行了493次變形監(jiān)測，對水位觀測492 次，對深層水平位移進行了490 次變形監(jiān)測，基坑于2019 年4 月回填，監(jiān)測工作結束。本項目監(jiān)測工作共持續(xù)2 年多，各項監(jiān)測指標在監(jiān)測期間未出現(xiàn)超過預警值的情況，按時提供了監(jiān)測報告并及時提供了施工建議。

3 監(jiān)測結果及分析

3.1 水平位移監(jiān)測

水平位移監(jiān)測一般包括支護結構頂部水平位移和測斜值監(jiān)測，本項目共選取了14個支護結構頂部水平位移監(jiān)測點和8 個測斜監(jiān)測點進行水平位移監(jiān)測。圖3列舉了6個樁頂水平位移在整個基坑開挖過程中的變化過程，圖4 列舉了一個典型的支護樁深層水平位移在不同施工階段過程中的變化趨勢。

圖3的6個監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示所有的樁頂水平位移都是隨著開挖進度逐步增大的，在基坑開挖至基坑底附近時，位移逐漸趨于穩(wěn)定，后期位移數(shù)據(jù)基本保持不變。經分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，樁頂水平位移最大為25 mm，整個施工過程中未出現(xiàn)超過預警值的情況（預警值為40 mm×80%=32 mm）。對于深厚填土條件下的深基坑施工，控制樁頂水平位移是非常重要的，在此種條件下，采用樁錨支護體系對于變形的控制效果遠遠不如樁撐支護體系，開挖深度大于10 m 的填土區(qū)域基坑，出現(xiàn)20～30 mm 的變形是較為正常的現(xiàn)象。對于支護結構頂部有重要的建筑物或存在對變形較為敏感的管線等情況，深厚填土區(qū)域開挖基坑應盡量選擇樁撐支護體系，以達到對支護結構變形的有效控制。

圖3 水平位移監(jiān)測變化趨勢圖Fig.3 Typical Variation Trend of Horizontal Displacement of Pile Top

從圖4 分析得出，支護結構在頂部的水平位移是最大的，隨著深度加大水平位移有逐漸減小的趨勢，這種發(fā)展趨勢在不同的施工階段基本是相似的，并且隨著時間的推移這種趨勢越發(fā)的明顯。值得注意的是，支護樁深層水平位移并非都是呈上部大、下部小的變化趨勢，其變化趨勢與支護結構的支護形式有密切的關系，如典型的有多道錨索的樁錨支護結構其變形一般會呈上大下小，而采用多道內支撐的深基坑支護結構則會出現(xiàn)中間大兩頭小的葫蘆型變化趨勢，并不能一概而論。

圖4 深層水平位移變化趨勢圖Fig.4 Typical Deep Horizontal Displacement of Support Pile

3.2 沉降位移監(jiān)測

沉降監(jiān)測點主要包括支護結構沉降監(jiān)測點、地表沉降監(jiān)測點以及道路沉降監(jiān)測點，本項目共設置支護結構沉降位移監(jiān)測點14 個，地表沉降位移監(jiān)測點14個，以及道路路面沉降位移監(jiān)測點7 個。選取了典型的沉降位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，圖5 列舉了典型的支護樁沉降位移隨時間的變化趨勢，圖6 列舉了典型的地表沉降位移隨基坑開挖全過程的變化趨勢。

圖5中6個監(jiān)測點體現(xiàn)出的支護樁沉降位移變化趨勢基本一致，隨著基坑開挖過程的推移，沉降逐漸增大，在基坑開挖到底后，沉降位移趨于穩(wěn)定，直到基坑回填未有繼續(xù)增大的趨勢。在整個基坑開挖過程中，支護樁的沉降位移數(shù)值一直較小，最大不超過15 mm，這與支護樁端部埋深較大有密切的關系。深基坑的支護樁嵌固深度一般較大，部分甚至會進入中、微風化巖層，因此支護樁的沉降位移一般較小。而相應的，支護樁后側的地面沉降往往數(shù)值較大，從圖6可以看出，支護結構后側的地面沉降隨著開挖過程同樣逐漸增大，在后期保持穩(wěn)定，并一直持續(xù)至基坑回填，最大沉降位移約25 mm。通過對比圖5 與圖6 可發(fā)現(xiàn)，即使在同一位置，地面沉降位移相比支護樁沉降位移會大很多，因此在深基坑工程中往往會出現(xiàn)支護結構后側地面與支護樁脫離，甚至出現(xiàn)支護結構后側地面開裂的情況。目前，深基坑支護項目周邊環(huán)境越發(fā)復雜，在支護結構頂部往往埋藏有大量的市政管線，在這種情況下，需要評估支護結構后側的地面沉降對市政管線的影響，并做好相應的處理措施，避免導致事故的發(fā)生。道路沉降觀測點的沉降數(shù)據(jù)變化趨勢與地表沉降基本一致，且數(shù)值較小，此處不再贅述。

圖5 典型支護樁沉降位移隨時間變化趨勢Fig.5 Typical Variation Trend of Settlement Displacement of Pile

圖6 典型地表沉降位移隨時間變化趨勢Fig.6 Typical Variation Trend of Ground Settlement

3.3 錨索應力監(jiān)測

本項目共設有錨索應力監(jiān)測點7 個，每個監(jiān)測點在每層錨索均進行了應力監(jiān)測，由于本基坑項目施工速度較快，錨索受荷時間約為1年半，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示錨索應力損失較小，錨索應力減少量基本在10%～15%以內。在錨索應力監(jiān)測中出現(xiàn)應力損失是常見的，但也經常會出現(xiàn)應力突增的情況，這與錨索的受力狀態(tài)息息相關。一般支護樁的側向位移過大往往會導致錨索的應力出現(xiàn)增加的趨勢，而應力損失，則經常是由于雨水浸泡土體導致錨索注漿體與土體之間錨固力的損失。

3.4 地下水位監(jiān)測

本項目共布置了6 個水位觀測點，選取了2 個水位觀測點進行分析，如圖7所示，可以看出地下水位是逐漸下降的，累計下降值隨著基坑開挖是逐漸增大的，開挖到基坑底附近時，地下水位逐漸趨于穩(wěn)定，后期施工階段變化不大。6個水位監(jiān)測點顯示地下水位累計變化值最大約2 m，未超過預警值。地下水的下降與地面沉降往往是相關的，基于二者的變化關系可以得出，地下水的下降與地面沉降都是隨著基坑開挖逐漸增加，到后期逐漸趨于穩(wěn)定一直保持到基坑回填為止。為防止地下水位下降導致地面沉降過大，基坑周邊往往會預留回灌井進行地下水的回灌處理，回灌井可借用水位觀測井也可重新設置，但即使采取回灌措施，在基坑開挖較深的情況下，地下水位的下降往往也是不可避免的。深基坑開挖應做好地下水位下降導致地面沉降較大的應急預案，并對基坑頂部的管線、淺基礎建筑物等做好相應的評估和保護工作。

圖7 地下水位累計變化值隨時間變化的趨勢Fig.7 Typica Variation Trend of Underground Water Level

4 結論

⑴深厚填土條件下進行基坑開挖，控制支護結構頂部水平位移非常重要，隨著基坑施工的進行，支護結構頂部水平位移逐漸增加，并且水平位移從頂部到底部有逐漸減小的趨勢。分析認為在深厚填土區(qū)采用樁錨支護體系，對于變形的控制效果遠遠不如樁撐支護體系。

⑵支護樁沉降位移隨著基坑開挖過程的推移逐漸增大，在基坑開挖到底后，沉降位移趨于穩(wěn)定，而地面沉降位移相比支護樁沉降位移會大很多，因而在深厚填土區(qū)需評估支護結構后側的地面沉降對市政管線的影響，并做好相應的處理措施。

⑶在錨索受荷載作用的1年半時間內，錨索應力損失較小，應力減少量基本在10%～15%以內。錨索應力可能會出現(xiàn)應力損失的情況，也會出現(xiàn)應力突增的情況，這與錨索的受力狀態(tài)息息相關。

⑷在施工過程中，地下水位逐漸下降，累計下降值隨著基坑的開挖逐漸增大，開挖到基坑底附近時，地下水位趨于穩(wěn)定。在深厚填土區(qū)開挖深基坑，地下水位的下降不可避免，因此需做好地下水位下降導致地面沉降較大的應急預案，并對基坑頂部的管線、淺基礎建筑物等設施做好相應的評估和保護工作。