基坑變形監測分析

■ 王旭 奚華峰 程軍

王 旭：南京市河西新城區國有資產經營控股（集團）有限責任公司計劃處，處長，江蘇 南京，210031

奚華峰：南車南京浦鎮車輛有限公司，教授級高級工程師，江蘇 南京，210031

程 軍：南京河西新城新型有軌電車建設有限公司，高級工程師，江蘇 南京，210031

1 工程概況

南京市河西新城快速公交工程1號線車輛基地分為一期、二期修建，一期為1號線車輛基地，二期為預留2號線車輛基地；單體建筑形式，全地下1層、局部2層鋼筋混凝土框架結構。一期地下建筑面積41 000 m2，由車輛段、綜合維修中心和物質總庫3部分組成。基坑周長約1 340 m，長邊約512 m，短邊約190.5 m，開挖深度11 m。基坑總面積約為84 000 m2，其中一期約為49 000 m2。

基坑一期施工采用排樁+斜拋撐支護，盆式開挖，先施作基坑中間底板，形成中心島，排樁通過斜拋撐把土體水平側壓力傳遞給中心島，中心島提供足夠反力保證土體穩定。排樁采用φ1 000 mm或φ1 200 mm灌注樁，斜拋撐采用φ609 mm×16 mm鋼管。

基坑右側條形段采用φ1 000 mm或φ1 600 m雙排樁支護，排距5 m，為了減小樁頂變形，被動區用3排雙軸攪拌樁加固。雙排樁樁頂采用100 cm×100 cm連梁連接。

基坑東面一期、二期交界處采用3級放坡開挖，放坡坡度1∶2.5。坡面采用C20混凝土噴混，厚10 cm，鋪設φ6 mm@200 mm×200 mm的鋼筋網，加設長1.5 m的土釘，間距2 m×2 m。靠近坡腳處采用雙軸攪拌樁進行加固，加固深度4.5 m。

2 地質水文概況

根據勘察結果，基坑場區覆蓋層厚度較大，為典型的長江漫灘相沉積物。地層自上而下分別為雜填土，層厚0.30～3.10 m，土層復雜，工程性質很差；素填土，灰黃-灰褐色，層厚0.30～2.90 m，層頂埋深0～2.40 m；粉質黏土，灰黃色，可塑，局部硬塑，層厚0.50～2.50 m，層頂埋深0.30～2.40 m；粉質黏土，灰黃色，軟塑，層厚0.40～1.90 m，層頂埋深0.60～3.10 m；淤泥質粉質黏土，灰色，流塑，層厚1.10～18.80 m，層頂埋深1.50～3.60 m；粉土，灰色，呈稍密狀態，土層厚1.50～11.50 m，層頂埋深3.20～20.50 m；粉細沙，灰色，呈稍密狀態，層厚1.30～8.30 m，層頂埋深7.50～11.80 m；粉細沙，灰色，呈稍密狀態，土層厚0.45～14.50 m，層頂埋深9.60～22.50 m。

基坑場區位于長江東岸漫灘上，場區內水塘、河溝較多，勘察實測主要河溝、水塘水面標高為5.17～5.65 m（河溝、水塘水深1～2 m，淤泥厚度0.5～1.0 m）。

基坑場區地下水主要為潛水和弱承壓水，潛水賦存于人工填土、層淤泥質粉質黏土中，層雜填土富水性較弱，透水性較強，層素填土、層淤泥質粉質黏土飽含地下水，但給水性差、透水性弱；主要接受大氣降水和地表水體入滲補給，與地表水體水力聯系較密切。弱承壓水主要賦存于層粉砂及其以下的粉細砂、卵礫石層中，富水性和透水性較強。

3 監測方案

3.1 監測目的

基坑開挖過程中，由于受地質條件、荷載條件、材料性質、施工條件和外界其他因素的影響，難以從理論上預測到工程中遇到的問題，而且理論預測不能全面準確反映工程的各種變化。因此在理論指導下，有計劃地進行現場工程監測十分必要。

（1）對比監測數據與預測值，判斷上步施工工藝和施工參數是否符合或達到預期要求，控制下步施工工藝和施工進度，實現信息化施工。

（2）通過監測，確保基坑開挖期間周邊臨時建筑物正常。

（3）通過監測，及時調整圍護結構、支撐系統的受力均衡，使基坑開挖過程始終處于安全、可控。

（4）檢驗工程勘察資料可靠性，驗證設計理論和設計參數，判斷前步施工是否符合預期要求。

（5）將現場監測結果反饋設計單位，根據現場工況，進一步優化設計方案，使施工優質安全、經濟合理和快捷。

（6）通過跟蹤監測，使挖土、換撐、拆除等階段的施工科學有序，保障基坑施工安全。

3.2 監測原則

（1）系統性原則。

（2）可靠性原則。

（3）與結構設計相結合原則。

（4）關鍵部位優先、兼顧全面原則。

（5）與施工相結合原則。

（6）科學合理、經濟安全原則。

3.3 監測內容

（1）樁頂水平、豎向位移監測。根據設計文件和規范要求，在圍護樁上端部設置樁頂沉降和水平位移監測點。根據現場實際情況，將監測點設置在基坑周邊的中部和端部，并在凸角等相對較危險點上設置，以便保證圍護結構安全。樁頂沉降和水平位移監測設置了35個監測點，間距為40～60 m。豎向位移監測可采用幾何水準或液體靜力水準法，水平位移可采用前方交匯法、自由設站法和極坐標法。基坑監測采用了幾何水準法和前方交匯法。

（2）坡頂水平、豎向位移監測。基坑邊坡頂部水平位移和沉降監測點沿基坑周邊設置，基坑周邊中部、陽角處設置監測點，間距40～60 m。水平位移和沉降監測的35個監測點設置在靠近圍護結構的周邊土體上。

（3）土體深層水平位移監測。監測深層土體側向位移是為判斷土體是否有失穩預兆及現象，為基坑穩定性評價、預測、預報和防治工程提供依據。在基坑周邊坑外土體中埋設30根監測斜管，孔深20 m。監測斜管應在基坑開挖一周前埋設，監測斜管連接時應保證上下管的導槽對準順暢，接頭處應密封處理；埋設時測斜管應保證豎直，其中一組導槽應與基坑監測方向一致。

（4）支撐軸力監測。根據設計文件和規范要求，在承受較大內力的指定支撐端部或中部設置支撐軸力監測點，設置了12個軸力計，監測支撐內力變化，通過數字式監測儀測得讀數；在承受較大內力的指定支撐端部或中部設置應變儀，監測支撐變形，通過數字式監測儀測得讀數。軸力計量程宜為設計值的1.2倍，并在開挖前讀取初始值。

4 有限元模擬

4.1 有限元計算模型

基坑工程面積相對較大，為了計算簡明，取一個典型斷面作為計算模型（見圖1）。Plaxis有限元軟件采用摩爾-庫倫模型，該模型描述了對巖土行為的一階近似，常用于對問題的初步分析；對于每個土層，可估算一個平均剛度常數。由于這個剛度為常數，計算往往相對較快。為了消除邊界條件對模型的影響，斷面深度取基坑深度的2倍，寬度取基坑寬度的2倍。模型左右兩邊設置水平位移約束，底部設置豎向位移約束。斷面0～5 m為雜填土，5～12 m為淤泥質粉質黏土，以下為淤泥。巖土有限元計算參數見表1。

4.2 有限元計算結果

通過有限元計算分析，得出基坑水平位移云圖、基坑豎向位移云圖及支撐軸力圖，得出如下結果：

（1）基坑底部土方開挖后，水平位移最大值為40 mm，出現在樁頂處；圍護樁一側土體產生向基坑內側變形。

（2）基坑沉降最大值為-5 mm，出現在坡頂；坑底隆起最大值為40 mm，出現在基坑中部。

（3）支撐軸力最大值為510 kN，出現在與支座交接處。

圖1 計算模型

表1 計算參數

5 監測結果分析

5.1 監測情況

坡頂位移29號監測點和樁頂位移23號監測點為典型斷面沉降監測點。基坑開挖深度不同時，坡頂沉降和樁頂沉降見圖2和圖3，坡頂水平位移和樁頂水平位移見圖4和圖5。從圖2—圖5中可以看出，坡頂最大沉降為16 mm，樁頂最大上浮為33.4 mm，坡頂向基坑最大偏移量為24 mm，樁頂向基坑最大偏移量為39 mm。土體深層位移最大值為37.67 mm，出現在冠梁頂部。這些監測數據均在預警值范圍內。

5.2 監測結果與計算結果對比

在開挖深度10.5 m時，24號監測斜管實測結果與有限元計算結果對比見圖6。從圖6中可以看出，實測結果與計算結果最大誤差4.43 mm，相對誤差為12%。

樁頂上浮實測結果與有限元計算結果對比見圖7，坡頂沉降實測結果與有限元計算結果對比見圖8。從圖7和圖8中可以看出，基坑開挖深度至7.5 m時，實測結果與計算結果比較吻合，隨著基坑繼續開挖，設置在基坑附近的基準點出現一定沉降，導致實測結果大于計算結果。

6 結束語

圖4 坡頂水平位移

圖5 樁頂水平位移

圖6 監測斜管實測結果與有限元計算結果對比

圖7 樁頂上浮實測結果與有限元計算結果對比

圖8 坡頂沉降實測結果與有限元計算結果對比

通過Plaxis有限元軟件計算基坑在開挖過程中的變形，并與現場實測數據進行對比，表明實測結果與有限元計算結果基本吻合，變化趨勢相同。但在基坑繼續開挖過程中，由于基坑附近的基準點出現一定的沉降量，坡頂和樁頂的沉降與計算結果誤差稍大。目前，基坑底板全部完成，上部結構正在施工，各項監測值均在安全范圍內，表明設計方案與施工工藝合理。

[1]GB 50497—2009 建筑基坑工程監測技術規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2009.

[2]北京金土木軟件技術有限公司. Plaxis巖土工程軟件使用指南[M]. 北京：人民交通出版社，2010.