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(xiàn)大城市尤其是核心區(qū)域土地的價值，加大土地利用率，在工程項目建設(shè)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(jié)構(gòu)而形成的一種臨時結(jié)構(gòu)，通過對基坑巖土性狀、支護結(jié)構(gòu)變位和周圍環(huán)境條件的變化及分析工作，并將監(jiān)測結(jié)果及時反饋，預(yù)測進一步施工后將導(dǎo)致的變形及穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)展，根據(jù)預(yù)測判定施工對周圍環(huán)境造成影響的程度，來指導(dǎo)設(shè)計與施工，實現(xiàn)所謂信息化施工[1]。

城市核心區(qū)域的新建項目周邊通常為建成區(qū)，項目本身作業(yè)空間有限，這就給基坑的開挖和項目建設(shè)增加了很大難度。內(nèi)支撐支護方式適用于場地狹小且需要深開挖，周邊有更嚴(yán)格控制位移的建筑物、構(gòu)筑物和地下管線等情況。施工進度慢會為基坑安全帶來風(fēng)險，維護基坑的安全一直是監(jiān)測工作的重點問題[2]。本文以北京市大興區(qū)黃村鎮(zhèn)某項目為例，介紹“護坡樁+砼內(nèi)支撐”支護的深基坑工程監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用，并通過數(shù)據(jù)分析來指導(dǎo)安全施工，確?；影踩?。

1 工程概況

本工程位于北京市大興區(qū)黃村鎮(zhèn)，周邊為建成區(qū)，項目北側(cè)35m為市政路，東側(cè)9.4～11.0m為18層高層住宅樓和地下二層車庫（地面相對標(biāo)高-10.7m），南側(cè)10.6m為6層居民樓，西側(cè)5.3m為5層現(xiàn)狀辦公樓。工程建筑使用性質(zhì)為城市基礎(chǔ)公共設(shè)施，占地總面積3191.65m2，總建筑面積14475.0m2，基坑?xùn)|西寬約31.4m，南北長約82.8m，開挖深度為14.70m，基坑側(cè)壁安全等級定位一級。按照設(shè)計條件、基坑各部位地質(zhì)條件、周圍環(huán)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(nèi)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(nèi)支撐，圍護結(jié)構(gòu)上部2m范圍內(nèi)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(xiàn)澆筑混凝土形成橫向內(nèi)支撐體系，由于開挖較深，采用兩道砼內(nèi)橫向支撐，橫向支撐中心分別布設(shè)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(shè)計圖如圖1所示，現(xiàn)場實施情況如圖2所示。

圖1 支護段設(shè)計剖面

圖2 支護段現(xiàn)場實施情況

3 監(jiān)測內(nèi)容方案

3.1 監(jiān)測內(nèi)容及指標(biāo)

根據(jù)基坑支護設(shè)計方案和有關(guān)規(guī)范要求實施監(jiān)測[3]，為配合基坑支護、樁基礎(chǔ)、土方開挖等施工，及時準(zhǔn)確地提供有關(guān)信息，本次監(jiān)測內(nèi)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(jiān)測、④支撐內(nèi)力監(jiān)測、⑤支護樁頂豎向位移、⑥周邊地面沉降監(jiān)測、⑦周邊建筑沉降、⑧安全巡視等8項內(nèi)容。由于數(shù)據(jù)量較大，本文選取了較為典型的監(jiān)測項和數(shù)據(jù)，重點討論基坑①、②、③、④項監(jiān)測內(nèi)容及數(shù)據(jù)。

根據(jù)本工程支護設(shè)計方案及有關(guān)規(guī)范要求，預(yù)警指標(biāo)詳見表1：

表1 監(jiān)測報警指標(biāo)表

3.2 監(jiān)測點位布設(shè)及觀測方法

3.2.1 監(jiān)測點的布設(shè)。圍護結(jié)構(gòu)第一道支撐外輪廓如圖3所示，采用橫向內(nèi)支撐，各支護段支護剖面及各監(jiān)測內(nèi)容具體監(jiān)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(jiān)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(shè)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(shù)據(jù)的影響，本工程觀測設(shè)備采用LeicaTS30機器人進行數(shù)據(jù)采集。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采用Viva TPS三維變形監(jiān)測系統(tǒng)處理。

3.2.2.2 深層水平位移監(jiān)測?；喪綔y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(jiān)測，預(yù)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(dǎo)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(jiān)測時，將探頭的高導(dǎo)輪組朝預(yù)測變形方向，以孔底為基準(zhǔn)點，這時電纜上的深度標(biāo)志數(shù)應(yīng)和讀數(shù)儀顯示的孔深相同，此時為測讀起點，等讀數(shù)儀顯示數(shù)值穩(wěn)定后方可保存測量的數(shù)據(jù)，此時讀數(shù)儀已進入測量狀態(tài)并保存了這一深度的測量數(shù)據(jù)（即為正測）。完成后把探頭調(diào)轉(zhuǎn)180°，重新放入孔內(nèi)，重復(fù)正測在相同的深度標(biāo)志測量對應(yīng)的數(shù)據(jù)（即為反測）。一次完整的正測和反測為這個測孔的一組數(shù)據(jù)，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(jiān)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(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，測量設(shè)備的不斷更新，自動照準(zhǔn)的高精度智能全站儀的出現(xiàn)使精密三角高程測量方法代替二等水準(zhǔn)測量得以實現(xiàn)[4-6]。觀測設(shè)備仍然使用Leica TS30，通過自動照準(zhǔn)減少各類誤差從而使測量精度達到基坑監(jiān)測沉降位移監(jiān)測的技術(shù)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(jiān)測。支撐內(nèi)力監(jiān)測點布置以受力較大、支撐內(nèi)力復(fù)雜的橫梁及與橫梁成45°角等經(jīng)典型斷面為基礎(chǔ)，并保證監(jiān)測數(shù)量和位置，盡可能保證與支護面等監(jiān)測點垂直。澆筑混黏土前，將鋼筋應(yīng)力計與橫梁鋼筋綁扎在一起，鋼筋應(yīng)力計的中心與橫梁的軸線一致或平行，防止因為偏心對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生的影響。

施工完成后應(yīng)用專用應(yīng)力計或應(yīng)變計進行檢查測試，并取下一層土方開挖前連續(xù)2d獲得的穩(wěn)定測試數(shù)據(jù)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(nèi)支撐支護的作用，提高基坑工程的安全和質(zhì)量。

4 監(jiān)測成果數(shù)據(jù)分析

本基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，距離建成區(qū)均小于一倍基坑開挖范圍，隨著基坑開挖和“支護樁+砼內(nèi)支撐”方式的實施，從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，基坑及周邊環(huán)境的安全狀態(tài)較為可靠，各監(jiān)測項監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一定的統(tǒng)計規(guī)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(jiān)測點，作為代表進行數(shù)據(jù)分析。

從圖4可以看出支護樁樁頂監(jiān)測點QD3、QD5、QD9最小位移值為-1.7mm、0.6mm、-2.0mm出現(xiàn)在第一道內(nèi)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(xiàn)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(shù)據(jù)整體趨于穩(wěn)定，整個變形區(qū)間范圍位于-2.0～9.0mm，遠低于29mm的預(yù)警值。至地下結(jié)構(gòu)施工完成穩(wěn)定于2.7～6.2mm區(qū)間?？傮w來看，變形曲線符合一定的規(guī)律性，樁頂水平位移變化范圍在安全可靠范圍內(nèi)。

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(xiàn)了相應(yīng)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(wěn)，最大值出現(xiàn)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(yù)警值。深層水平位移變形量最值出現(xiàn)的位置恰恰是第二道內(nèi)支撐的實施位置，說明內(nèi)支撐方式對基坑側(cè)壁有明顯力的作用，驗證了支護設(shè)計方式的有效性。

4.3 立柱豎向位移分析

立柱沉降從數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)施工階段及拆除砼內(nèi)支撐階段。

從圖6可以看出，3個監(jiān)測點均呈現(xiàn)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(nèi)波動，底板形成后收斂在-2.48～+0.52mm，地下結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)支撐后，變形量數(shù)據(jù)逐漸減小且區(qū)域穩(wěn)定，最終收斂于-3.23～+3.44mm。立柱沉降變形量遠小于30mm的預(yù)警值?？傮w而言，立柱沉降整個變形過程中，地下結(jié)構(gòu)施工及內(nèi)支撐拆除對其變形影響較大，但變形區(qū)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(jiān)測點位來分析各個施工階段的砼內(nèi)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(nèi)支撐為混凝土內(nèi)支撐，與鋼支撐不同，此支撐方式內(nèi)力存在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力兩種情況，從圖7可以看出，第一道支撐各監(jiān)測點隨著施工進度開展，至底板形成存在拉壓應(yīng)力切換的情況，底板形成后，第一道支撐軸力均為壓應(yīng)力，且逐漸增大分別至單筋最大值11.91kN、9.48kN、9.68kN后趨于穩(wěn)定，同時伴隨地下結(jié)構(gòu)的施工，第一道支撐軸力穩(wěn)定的同時，呈現(xiàn)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(wěn)定底板形成后數(shù)據(jù)穩(wěn)定且呈現(xiàn)輕微減小的趨勢，伴隨著地下結(jié)構(gòu)施工，第二道支撐壓應(yīng)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(jié)構(gòu)拆除。支撐梁應(yīng)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(wěn)定[7]。整體分析，此曲線經(jīng)與設(shè)計比較，符合軸力與施工進度的變化規(guī)律，間接驗證支護設(shè)計方式有效。

圖7 支撐軸力-工程進度曲線

5 結(jié)束語

該基坑從打樁、土方開挖、地下結(jié)構(gòu)施工至砼內(nèi)支撐拆除，樁頂水平位移、樁體深層水平位移、立柱監(jiān)測、支撐軸力等監(jiān)測項均未達到預(yù)警值，結(jié)合本文未討論的其余監(jiān)測項數(shù)據(jù)綜合分析。說明基坑及周邊環(huán)境安全，施工方式得當(dāng)，基坑支護設(shè)計合理，為以后小開挖面深基坑第三方如何開展監(jiān)測工作提供經(jīng)驗和參考。