關于深基坑監測實踐分析

李志勇

深圳市勘察研究院有限公司

摘要：本文結合工程實際，對其深基坑工程的現場監測，分析并闡述深基坑施工過程中基坑監測方案及監測結果。

關鍵詞：深基坑；基坑監測

1 工況

該工程是建筑大樓，地下2層，地上6層，南北長91.7m，東西寬89.6m，工程的西面距離基坑底邊線為4.0 m；南面距離基坑底邊線為4.80m，都分布有管網，其基坑的平面圖如圖1所示。

圖1 基坑平面和測點布置圖

擬建場地地形平坦，最大高差0.69m，地貌單元為平原。根據鉆探揭露，場地內分布的土層主要是沖積成因的粉土、粉砂和粉質黏土，各土層的性質指標見表1.

表1 各土層的性質指標

2 基坑支護與監測方案

2.1支護方案

該基坑安全等級為一級，綜合考慮場地工程地質條件、水文地質條件、基坑周邊環境及基坑開挖深度，基坑支護方案具體情況如下。

1）基坑北側、西側、東側南部采用鉆孔灌注樁方案（1-1剖面），基坑上部2.5 m按1：0.3放坡開挖，2.5m以下垂直開挖，采用樁錨支護方案.第1排、第3排、第5排以及第7排布置摩擦土釘，長度分別為9.0，2.0，2.0，2.0m，傾角均為15%。第2排、第4排和第6排布置錨索，長度分別為22.0，20.0，18.0m，自由段長度分別為8，7，7m，傾角均為15%預應力均為180 kN，如圖2所示.

2）基坑東側北部采用雙排鉆孔灌注樁方案（2-2剖面），基坑垂直開挖.樁間設置7排土釘，第1排長度為8.0m，第2，3，4排土釘長度均為9.0m，第5，6，7排土釘長度均為6.0m，傾角均為15%，如圖3所示.

3）基坑南側采用復合土釘墻支護方案，基坑采用1：0.3放坡開挖，在4.0m位置設置寬1.0m的臺階，共設置5排土釘，2排預應力錨桿，共7排.第1排土釘長度為8.0m，傾角為15°；第2排土釘長度為9.0m，傾角為15°；第3排錨桿長度15.0m自由段長6m，傾角為15°，預應力為50 kN；第4排土釘長度12.0m，傾角為150；第5排錨桿長度15.0m，自由段長6m，傾角為15°，預應力為50 kN；第6排土釘長度為8.0m，傾角為15°；第7排土釘長度為7.0m，傾角為15°

圖2 鉆孔灌注樁支護剖面圖（1-1剖面）

2.2監測方案

根據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB50497-2009）并結合該基坑特點，確定重點監測內容為樁頂水平位移、深層水平位移、錨索軸力和周邊建筑物的沉降。

1）樁頂水平位移的監測.為觀測方便且能及時掌握支護結構的變形情況，樁頂水平位移監測點設置在護坡樁樁頂冠梁上，各監測點間距為20-30m。此次監測共布設12個監測點P1-P12（圖1），采用視準線法來測定樁頂水平位移。施工過程中監測頻率為1次/d，報警值為累計位移30mm.

2）深層水平位移的監測.用測斜儀在預先埋設好的小60mm PVC測斜管測量基坑邊壁的水平位移.根據該基坑的具體情況，此次監測在基坑周邊一共布設6個測斜孔，測點（Sl-S6）平面圖如圖1所示.監測頻率為施工過程中1次/d，報警值為累計位移45～50 mm，變化速率2～3mm/d

圖3 雙排樁支護剖面圖（2-2剖面）

3）錨索軸力的監測.錨索軸力的監測是用振弦式錨索測力計測量.此次監測共布設4個錨索，編號分別是M（30286），M（40441），M（40444），M（40446），具體位置如圖1所示。監測頻率為施工過程中1次/d，報警值為60%～70%的構件承載能力設計值。

4）周邊建筑物沉降的監測。周邊建筑物沉降的監測用DSOS精密水準儀觀測，通過平差計算出各測點的高程，利用前后兩次觀測的高程之差來反映建筑物的沉降。

3 監測結果分析

3.1樁頂水平位移

監測結果表明，基坑開挖過程中最大水平位移為12.02mm，未達到報警值（30 mm）。選取4個角點P3，P6，P7，P10以及2個危險點P8～P11進行分析，，各監測點水平位移隨著基坑開挖，總趨勢是逐漸增大的，但又都存在2個明顯的轉折點。基坑開挖初期，P3測點水平位移發展較其他測點快，原因是此處基坑開挖速度快，同時在該處附近堆放了一些鋼筋等重物，造成該區域附加荷載急劇增加，將鋼筋等材料移走后持續監測，發現該點水平位移逐漸趨向穩定，可見樁頂水平位移的大小受樁頂荷載情況影響明顯.隨后，各測點水平位移按近似線性增長方式發展，P6測點的水平位移發展最快，這首先是由于在該測點處基坑開挖速度快，未及時對基坑進行坑壁支護；其次是由于P6測點靠近基坑轉角處，而在基坑轉角處圍護結構所受土壓力集中，導致該區域樁體向基坑方向水平移動的速度增大.當基坑開挖到設計標高后，位移曲線幾乎成水平狀。此外，基坑長邊水平位移較短邊水平位移大。

圖4 S2測點深層水平位移曲線

由圖4可知，側向位移量隨著基坑開挖的進行不斷變大，基坑開挖面以上增大迅速，基坑底部變形遲緩。基坑開挖的前期，基坑內土體應力得到解除，2012年11月24日至2012年12月28日這段時間內S2測斜管水平位移變化有逐漸增大的態勢，2013年01月12日，水平位移變化曲線較之前變化較大，深層最大水平位移為15.75 mm，位于埋深6.5 m處，整體趨勢發展為“S”型，埋深2.5 m范圍內深層水平位移由大變小，面埋深2.5～6.5 m范圍內深層水平位移由小變大.導致這種偏差的原因是該處基坑的開挖方式和支護形式比較特殊：基坑上部2.5m按1：0.3放坡開挖，2.5m以下垂直開挖，采用樁錨支護方案，可以抑制邊坡上部土體的水平移動，在冠梁處位移發展得慢，到后期深層水平位移曲線圖發展成鼓腹狀。

3.2深層水平位移

深層水平位移共布設6個測孔，監測數據多，在此僅取代表性數據，S2，S5測斜管水平位移變化曲線如圖4和圖5所示.監測結果表明：各測斜管得到的土體深層水平位移最大值為8.75～30.15mm，全部符合相應的水平位移控制指標（單次變化值小于2mm累計變化值小于45mm）。

圖5 SS測點深層水平位移曲線

由圖6可知，SS測斜管水平位移在2012年11月30日至2012年12月25日這段時間內變化不大，自2012年12月25日開始，測斜管水平位移線開始突然增大，深層最大水平位移為16.8mm，位于埋深5.5m處，到后期呈現出“兩頭小，中間大”的變形特征.分析這兩個測斜管的水平位移變化曲線可發現都有一個明顯的位移增大點，增長最大值可達20mm，位于埋深0.5m處。按照常理，在測斜管周邊的邊坡應該有裂縫產生，但在現場并沒有發現明顯的裂縫，造成這種偏差的原因是測斜管埋設中周邊填料與土體彈性差別較大，后經現場管理人員重新回填砂土處理后，在后期讀數中能反映出深層土體水平位移發展比較穩定.可見深層水平位移大小及分布與基坑開挖深度、支護結構體剛度、地質狀況等因素有關。

3.3錨索軸力

4個錨索張拉后最大軸力值為140.92kN，未達到報警值180kN錨索軸力隨時間的變化曲線如圖6所示.

圖6 錨索軸力隨時間的變化曲線

由圖6可知，在前10d左右由于錨索蠕變出現一定的應力損失，4個錨索的軸力都有些波動，達到最大值后基本保持恒定.M（30286），M（40444）和M（40441）錨索之間的軸力終值相差了20kN左右，M（30286）和M（40446）錨索之間的軸力終值相差接近40kN。經過分析，這4個錨索所處位置的基坑支護方案以及周邊環境各不相同，隨著基坑開挖深度的增大，被動土壓力逐漸減小，M（40446）錨索所處位置處于仰角，主動土壓力超過錨索預應力的荷載完全由錨索承擔，其錨索軸力相對最大為140.92 kN。M（40441）錨索處于基坑的西側，附近沒有構筑物，主動土壓力由錨索和樁體共同承擔，其錨索軸力相對最小，為69.43kN。此外，錨索軸力的大小與變化與基坑開挖順序及其速度也有很大關系，隨著土壓力的重分布，各錨索軸力又發生調整，表現出不均勻性.

3.4周邊建筑物的沉降

引起基坑周邊建筑物沉降的原因主要有兩個：①基坑開挖卸荷，使應力場發生變化，引起基坑周邊地面沉降；②基坑開挖降水引起的地下水滲流，形成滲流場，地下水位降低，土中有效應力增加，產生沉降。在整個基坑開挖過程中，建筑物最大單次沉降值為0.41mm最大累計沉降量8.44mm，均未達到報警值。靠近基坑監測點的沉降值大于遠離基坑的監測點。取靠近基坑監測點的監測數據進行分析，建筑物沉降隨時間變化的曲線如圖8所示.

由圖7可知，建筑物沉降隨著基坑開挖深度的逐漸增加而不斷增大，具有“慢～快～慢，小～大～小”臺階式的變化規律.在基坑開挖初期（0-10d），開挖深度淺，開挖速度也慢，建筑物沉降發展很緩慢，曲線變化呈近似水平狀，沉降量小；隨著基坑的開挖深度的增大以及開挖速度的加快（10～60d），曲線變化呈持續上升趨勢，支護結構和外側土體變形較大，引起建筑物加速沉降；在60～100d期間，基坑停止開挖，曲線逐漸趨近于水平，說明建筑物沉降趨于穩定；100d以后，基坑又繼續開挖直至基坑設計標高，建筑物沉降有所發展但發展緩慢，最后趨于穩定狀態.由此可知，基坑周邊建筑物沉降與基坑開挖深度和開挖速度有關.此外，從圖7可以看出這6個測點處的累計沉降量有明顯差異：C2的累計沉降量最大，為8.44 mm；C6的累計沉降量最小，為5.04 mm.這是由于這6個測點離基坑的遠近不同而造成的，距基坑近的土體受擾動程度嚴重，土體將保持相對較差的整體穩定性，沉降量大。在施工過程中建筑物墻體沒有出現裂縫，說明建筑物是整體均勻沉降。

圖7 建筑物沉降隨時間的變化曲線

4 結語

1）樁頂水平位移隨著基坑開挖，總趨勢是逐漸增大，樁頂水平位移的大小受樁頂荷載情況影響明顯，靠近基坑轉角處的監測點，其水平位移發展快，基坑長邊水平位移較短邊水平位移相對較大.

2）隨著基坑的開挖，土體深層水平位移基本也是逐漸處于增長狀態，各階段的位移發展與時間并不是呈線性關系.深層水平位移在冠梁處發展得慢，到后期，深層水平位移曲線圖發展成“兩頭小，中間大”的鼓腹狀形態。

3）錨索軸力在張拉鎖定后短時間內發生較大的預應力損失，錨索軸力有些波動，達到最大值后基本保持恒定.不同的支護方案以及不同的周邊環境基坑位置的錨索軸力有明顯差異.

4）建筑物沉降隨著基坑深度的逐漸增加而不斷增大，表現出“慢～快～慢，小～大～小”臺階式的變化規律.

5）從樁頂水平位移、深層水平位移、錨索軸力及周邊建筑物沉降變形等監測的結果可知，該工程的支護方案效果良好，可滿足設計和環境的要求。