李 飛
(福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,福建 福州 350108)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新,深基坑工程迅猛發(fā)展,但同時深基坑工程問題也日益增多,如基坑失穩(wěn)坍塌、基坑變形沉降和引發(fā)周邊環(huán)境破壞等[1]。為了能夠確保在基坑開挖及地下結(jié)構(gòu)施工過程中基坑及周邊環(huán)境的安全,加強(qiáng)深基坑工程的監(jiān)測是十分重要的保障措施[2]。
工程為某一圓形智能停車庫,臨近市區(qū)街道,南側(cè)、西側(cè)為已建社區(qū),東側(cè)臨近多棟建筑物,北側(cè)為車庫配套管理樓。車庫主體結(jié)構(gòu)形式為地下圓筒形結(jié)構(gòu),共7 層停車平臺。主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土現(xiàn)澆側(cè)墻及頂?shù)装?內(nèi)部停車平臺采用預(yù)制拼裝墻板。工程采用明挖順作法施工,基坑開挖深度為21.17 m。
(1)場地地貌為沖積平原地貌單元,地形較平坦,地面高程約為7.53 ~9.91 m。
(2)場地內(nèi)覆蓋層主要為第四系不同成因類型的巖土層,成因類型分別為:①人工雜填土是指由人為活動引起的土壤堆積;②於積土是指在溪流、河流或湖泊等水體中沉積的土壤;③沖積土是指由于河流、洪水或泥石流等水力作用沖刷而來的土壤;④洪積土是在河流、湖泊或海岸地區(qū)被洪水沖刷和沉積的土壤;⑤殘積土是由于巖石風(fēng)化和侵蝕過程中形成的土壤等,基底為花崗巖及其風(fēng)化殼。
(3)場地地層結(jié)構(gòu)及巖性特征自上而下分布如下:①雜填土、②淤泥、③粉質(zhì)黏土、④殘積黏性土、⑤全風(fēng)化花崗巖、⑥-1 層砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑥-2 層碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑦中風(fēng)化花崗巖。
主體基坑為圓筒狀,平面開挖直徑為19.8 m,開挖深度為20.87 m,采用柱徑800 mm 的全套管一葷一素鉆孔咬合灌注樁支護(hù)形成閉合圓筒狀,咬合樁采用1 根素混凝土樁+1 根鋼筋混凝土樁交錯咬合的方式布置,樁距548 mm,咬合寬度252 mm,咬合樁嵌固深度4.8 m,樁長24.87 m。
為了查明該工程基坑施工期間其支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的狀態(tài)和變形情況,工程監(jiān)測工作貫穿基坑工程及地下工程施工全過程[3],自基坑施工開挖前完成監(jiān)測點的埋設(shè),并完成監(jiān)測初始值的采集工作,監(jiān)測至地下工程完成及基坑周邊回填完畢為止。
(1)深層水平位移監(jiān)測:在基坑坡頂沿著圓形基坑中軸線橫縱斷面埋設(shè)4 根測斜管,測斜管伸出地表10 cm,同時測斜管外灌注水泥漿或水泥砂漿,測點編號為C1 ~C4,其中測點C1 埋深16 m,C2 埋深22 m,C3、C4 埋深24 m。
表1 該基坑監(jiān)測預(yù)警值
(2)樁體沉降及水平位移觀測:在基坑樁頂處,均勻布置4 個沉降觀測點。使用φ25 mm鋼筋作為監(jiān)測點,底部固定在基坑樁頂上。沉降觀測點布置位置與深層水平位移觀測點鄰近,驗證相互觀測數(shù)據(jù),水平位移觀測點與沉降觀測點共用,樁頂觀測點編號為J1~J4。
(3)周邊地表沉降觀測[4]:每2 個對角樁頂沉降觀測點形成1 個監(jiān)測斷面,每個斷面沿著基坑外邊緣處地表布置沉降觀測點,周邊地表每隔2~3 m 布置1 個沉降觀測點,每個斷面布置沉降觀測點8 個,合計16 個沉降觀測點,編號為D1~D16。
(4)圍護(hù)樁內(nèi)力監(jiān)測:樁體內(nèi)力監(jiān)測點布置在葷樁上,合計布置4 個圍護(hù)樁內(nèi)力監(jiān)測點,每個內(nèi)力監(jiān)測點布設(shè)2 個剖面,每個剖面2 個鋼筋應(yīng)力計,編號為Y1~Y4。
(5)監(jiān)測預(yù)警值。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50497—2009)及基坑相關(guān)設(shè)計文件要求,該基坑監(jiān)測預(yù)警值如表1 所示。
根據(jù)工程特點、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、環(huán)境情況及工期要求,基坑支護(hù)施工完成后,施工過程為:(1)沿咬合樁兩側(cè)開挖至冠梁底標(biāo)高下0.5 m,施做樁頂冠梁及磚砌擋墻;(2)分層分塊同步對稱開挖土體,每層層差不超過1.5 m,開挖至主體基坑底設(shè)計標(biāo)高后,施做底板墊層及素混凝土填充;(3)施做防水層及底板;(4)施做防水層及側(cè)墻,施做消防水池防水側(cè)墻及頂板;(5)內(nèi)部預(yù)制構(gòu)件拼裝;(6)施做頂板及防水層;(7)機(jī)電設(shè)備安裝;(8)拆除磚砌擋墻,回填土至設(shè)計地面標(biāo)高處。
(1)基坑支護(hù)樁已經(jīng)施工完成,基坑土方開挖階段為2017年9月5日—2017年9月29日。
(2)基坑開挖到底,施做底板墊層及素混凝土填充階段為2017 年9 月29 日—2017年10 月12 日。
(3)施做防水層、側(cè)墻及頂板,機(jī)電設(shè)備安裝階段為2017 年10 月12 日—2018 年6月12 日。
(1)該基坑自2017 年9 月基坑施工起開始監(jiān)測,直至2018 年6 月基坑周邊回填完畢。選取部分監(jiān)測項目內(nèi)容進(jìn)行變形分析,其中測斜、水平位移變形量“+”值表示變形朝基坑內(nèi)側(cè)方向,豎向位移“+”值表示變形為下沉。
深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖1 ~圖4 可知。各個深層水平位移監(jiān)測點的變形量是不相同的,深層水平位移變形隨著土方開挖深度的增加而增大,變形變化時間段主要集中在基坑土方開挖階段,且基坑變形一直呈現(xiàn)向坑內(nèi)方向移動。2017 年9 月當(dāng)基坑開挖到底時,基坑深層水平位移累計最大值為15.06 mm,發(fā)生在C3 測斜孔-6.0 m 處(接近于支護(hù)樁的1/3 處),累計位移量出現(xiàn)超出預(yù)警值的情況,與其預(yù)警值(15 mm)相當(dāng)。但基坑底板澆筑后,C1 ~C4 測斜觀測點日均位移量及累計位移量無較大變化,數(shù)據(jù)基本趨于穩(wěn)定,由此可判斷基坑的施工并未對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響。
圖1 C1 深層水平位移過程曲線圖
圖2 C2 深層水平位移過程曲線圖
圖3 C3 深層水平位移過程曲線圖
圖4 C4 深層水平位移過程曲線圖
(2)基坑樁頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖5。由圖5 可知,2017 年9 月基坑開挖期間,各個樁頂豎向位移測點變形均隨著開挖深度的增大而增大。各個測點的樁頂豎向位移從整體上呈現(xiàn)出緩慢且穩(wěn)定的增長,至基坑底板澆筑后,總體變化趨于穩(wěn)定?;游鱾?cè)J1 樁頂豎向位移值最大,累計沉降量為5.09 mm,小于監(jiān)測預(yù)警值(10 mm)。
圖5 基坑樁頂沉降變形量L-時間t 關(guān)系曲線圖
(3)基坑樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖6。由圖6 可知,在基坑及地下工程施工期間,各個基坑樁頂水平位移測點變形量隨著時間緩慢增大,并向基坑方向偏移,但總體各個變形量較小。2017 年9 月當(dāng)基坑底板澆筑后,各監(jiān)測點的水平位移累計變化量有所降低并趨于穩(wěn)定,基坑樁頂?shù)睦塾嬎轿灰谱畲笾禐? mm(J3點),小于監(jiān)測預(yù)警值(15 mm)。
圖6 基坑樁頂水平位移變形量L-時間 t 關(guān)系曲線圖
(4)基坑周邊地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖7。從圖7 看出,在基坑土方開挖施工期間,地表豎向位移逐漸增大,各測點累計位移量較小,總體呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。但從2018 年3 月23 日至2018 年3 月29 日這一時間段,個別道路沉降觀測點變形量突然增大,主要集中在D9 ~D11 區(qū)域,其中地表沉降觀測點D9 累計沉降最大值達(dá)到126.55 mm,D10 也已達(dá)到78.28 mm,沉降變形遠(yuǎn)超預(yù)警值,D11 號沉降觀測點受到連帶影響累計沉降量也已達(dá)到26.42 mm。于2018 年3月29 日后周邊地表沉降減小并趨于穩(wěn)定。同時,此時間段內(nèi),基坑支護(hù)其他監(jiān)測項目變形量始終處于穩(wěn)定狀態(tài),未出現(xiàn)突發(fā)變形增大的情況。
圖7 基坑周邊地表沉降變形量L-時間t 關(guān)系曲線圖
結(jié)合支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析來看,基坑樁頂水平位移、樁頂豎向位移、深層水平位移變形量L-時間t 關(guān)系曲線圖的變化形勢趨于一致。支護(hù)結(jié)構(gòu)總體變形量呈現(xiàn)隨著基坑的開挖,變形趨勢越來越明顯,后趨于穩(wěn)定,且總體變形量小于監(jiān)測預(yù)警值,無異常情況發(fā)生。周邊地表沉降觀測點D9、D10、D11、D12 處于一個監(jiān)測剖面,此剖面近基坑支護(hù)一側(cè)地表沉降點D12 最大累計沉降量為10.15 mm,變形量也小于周邊地表沉降預(yù)警值,說明基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量總體呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài);經(jīng)過獲取基坑土方開挖施工期間支護(hù)結(jié)構(gòu)形變數(shù)據(jù),對比未施工前的形變數(shù)據(jù),D9、D10 沉降監(jiān)測點2018 年3 月23 日開始后產(chǎn)生較大沉降,與其他沉降點相比,這兩處沉降點主要受到汽車吊施工超載影響,因而受到擠壓擾動,使得沉降值超出預(yù)警值;D11 號監(jiān)測點由于距離D9、D10 沉降監(jiān)測點較近,受到連帶影響沉降值為26.42 mm 也超出預(yù)警,于2018 年3 月29 日號后發(fā)生輕度沉降,而且沉降幅度逐漸趨于穩(wěn)定。
以福州地區(qū)某深基坑工程為工程背景,采用測斜儀和全站儀對深基坑施工階段的變形、鉆孔咬合灌注樁周圍沉降位移和基坑周圍地表沉降進(jìn)行觀測。得出結(jié)論如下:
(1)根據(jù)深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表明。隨著基坑土方開挖,深層土體水平位移豎向曲線總體呈現(xiàn)為類似“S”型,豎向支護(hù)樁中、上部位置土體變形量相對大于支護(hù)樁下部土體位移量,變形最大值位置接近于支護(hù)樁的1/3 處。
(2)從基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測內(nèi)容數(shù)據(jù)表明。基坑變形主要集中在基坑土方開挖階段。在基坑施工工期允許范圍內(nèi),應(yīng)盡量縮短基坑暴露的時間以減少基坑變形。加快基坑底板的澆筑,以降低基坑施工對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的影響。
(3)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果基坑周邊的土體存在一定程度的變形量?;邮┕ら_挖期間,道路沉降變形量顯著增加,沉降量遠(yuǎn)超預(yù)警值。同時支護(hù)結(jié)構(gòu)變形在施工期間也存在明顯的變形趨勢,經(jīng)過監(jiān)測方對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析,結(jié)合監(jiān)測周期內(nèi)現(xiàn)場施工情況,判斷基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊地表變形量始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。