某快速路深基坑監測及其成果分析

丁 錕

(福州城建設計研究院有限公司 福建福州 350001)

某快速路深基坑監測及其成果分析

丁 錕

(福州城建設計研究院有限公司 福建福州 350001)

以廈門市某快速路下穿通道深基坑工程為研究背景，對基坑施工過程中樁頂水平位移、深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降的變化規律進行了分析，結果表明：基坑開挖初期，樁頂水平位移、深層水平位移和基坑周邊地表沉降呈線性增大，施加鋼管支撐后，樁頂水平位移和基坑周邊地表沉降逐漸穩定，而深層水平位移最大值開始下移；鋼管支撐架設后，支撐軸力逐漸變大，并最終達到穩定。

深基坑；監測；數據分析

0 引言

隨著社會的快速發展，城市的地上空間越來越少，地下空間的利用率越來越高，從而帶來了深基坑工程的快速發展。深基坑在開挖過程中必然會產生變形，基坑變形監測就是在深基坑施工過程中，通過在關鍵位置布置監測點，使用先進的監測儀器對基坑支護結構、基坑周圍的土體及相鄰的構筑物進行全面、系統的測量和分析，使基坑工程處于安全、穩定狀態，確保工程順利進行[1]。

本文基于廈門某快速路的一處下穿通道基坑工程的施工監測過程，針對基坑圍護樁樁頂水平位移、圍護樁深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降監測進行了分析，總結了基坑在施工過程中的變化規律，旨在給類似工程地質條件下的基坑建設和監測提供一定的參考。

1 工程概況

該工程為廈門某主干道路提升改造項目的一處下穿通道。該下穿通道總長700m，其中兩側淺下沉共長78m，兩側擋墻共長120m，兩側U型槽共長300m，框架通道長202m。通道段基坑最大開挖深度約11.8m，最大開挖寬度約27.8m，泵房處基坑最大開挖深度約14.4m，開挖寬度約34.2m。基坑開挖深度范圍內涉及到的土層共分為5層，其主要物理力學指標如表1所示。

表1 各土層參數表

基坑圍護段包括兩端擋墻及U型槽引道工程和框架通道段，基坑圍護體系主要采用以下形式：兩側淺下沉段采用放坡開挖；兩端擋墻段采用一排拉伸Ⅳ鋼板樁作為圍護樁，加一道Φ478mm×10mm鋼管橫撐；U型槽段采用一排Φ100cm@140cm沖孔灌注樁作為圍護樁，加一道Φ478mm×10mm鋼管橫撐；框架通道采用一排Φ100cm@140cm沖孔灌注樁作為圍護樁，加一道Φ478mm×10mm鋼管橫撐，外側采用Φ60cm@140cm高壓旋噴樁止水帷幕樁，泵房處采用Φ120cm@160cm沖孔灌注樁作為圍護樁。在圍護樁和冠梁強度分別達到設計強度的100%、80%后方可進行基坑開挖；且土方開挖要分層進行，每一層土方開挖在其上部支護體系滿足設計強度后進行，如圖1所示。

圖1 基坑支護結構剖面圖

2 監測項目及測點布置

2.1 基坑監測項目

基坑監測的內容一般分為兩部分，即基坑本體監測和臨近環境監測。基坑本體中包括圍護樁墻、支撐、錨桿、土釘、坑內立柱、坑內土層、地下水等。相鄰環境中包括周圍地層、地下管線、相鄰建筑物、相鄰道路等[2]。

本文從保護周邊環境、基坑安全的角度出發，結合施工工況，選取了如下有代表性的監測項目：圍護樁樁頂水平位移、圍護樁深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降。

2.2 測點布置

各監測點位的布置如圖2所示。

圖2 監測點位的布置圖注：S1-S20 圍護樁水平位移監測點；CX1-CX8圍護樁深層水平位移監測點；ZL1-ZL4支撐軸力監測點；DB1-1～DB4-3周邊地表沉降監測點。

3 監測結果分析

本文選取工程中具有代表性的框架通道段基坑監測點的實測數據進行分析。

3.1 圍護樁樁頂水平位移數據分析

由圖2可知，觀測點位置布置在基坑周邊，各點間距為20m。該項目采用在冠梁內埋設圓頭不銹鋼沉降標志的方式布設觀測點，并在圓頭不銹鋼頂部刻“十”字絲。

監測點的樁頂水平位移變化如圖3所示。從圖3中可以看出：

①隨著基坑開挖深度的增加，圍護樁頂的水平位移呈現線性增加的趨勢，并在幾天時間內水平位移增量趨近30mm的警戒值。

②水平位移增量在達到峰值后呈現微小的下降，然后一段時間內趨于平穩。這是因為在冠梁上施加了鋼管支撐的結果。在鋼管支撐和預應力的作用下，樁頂水平位移向著坑外有了微小的移動，并很快達到了平衡。

③位移曲線在平穩一段時間后，又開始增加，但最終趨于穩定。這是因為在基坑底板砼達到設計強度后，鋼管支撐被拆除并澆筑了基坑側墻引起的變化。

圖3 樁頂水平位移變化圖

3.2 圍護樁深層水平位移數據分析

圍護樁深層水平位移監測采用測斜手段觀測。測斜管的埋設方式主要有鉆孔埋設和將測斜管綁扎在鋼筋籠上埋設兩種[2]，該工程采用的是綁扎埋設法。監測點布設如圖2所示。

本文選取有代表性的CX3、CX5進行深層水平位移分析，變化曲線示意圖如圖4～圖5所示。從圖4～圖5中可以看出：

①在基坑開挖初期，各測點的水平位移也是隨著基坑開挖深度的增加呈線性增加分布，最大位移發生在樁頂處；

②隨著基坑開挖的繼續進行，最大位移處下移到了樁頂以下3m～4m之間，呈現出“鼓肚”現象，并最終達到穩定。這主要是因為，在冠梁上施加了鋼管支撐和預應力，抑制了樁頂處向坑內的位移變化，并使其向著坑外有了微小的變動，樁頂以下深度處由于沒有直接受到支撐的作用，其向著坑內的變化仍然在增加，在基坑底板砼達到設計強度后趨于穩定。

圖4 深層水平位移變化圖一

圖5 深層水平位移變化圖二

3.3 支撐軸力數據分析

鋼管支撐應在基坑開挖至設計標高后及時架設，本文選取分析段落的鋼支撐預應力荷載為100kN。支撐內力的監測多根據支撐桿件采用的不同材料，選擇不同的監測方法和監測傳感器。對于混凝土支撐桿件，目前主要采用鋼筋應力計或混凝土應變計；對于鋼支撐桿件，多采用軸力計(也稱反力計)或表面應變計。該工程采用的是表面應變計，安裝在鋼管支撐兩支點間1/3部位。 監測點布設如圖2所示。

支撐軸力的變化曲線示意圖如圖6所示，從圖6中可以看出：

①框架通道內的4處監測點的軸力變化曲線基本一致，都是隨時間的增加軸力逐漸變大，并且在鋼管支撐架設初期軸力的增長速率最大。

②隨著開挖達到設計深度，基坑底板砼達到設計強度后，軸力增加速率變緩，并在達到最大值后基本保持不變。說明鋼支撐起到很好的力學作用，對圍護結構的穩定及變形控制起到了很好的支撐作用[4]。

圖6 支撐軸力變化圖

3.4 周邊地表沉降

地表沉降監測能直接地反映基坑周邊地表的變形情況，測點的布置一般采用地表樁的形式，該工程監測點布置如圖2所示。

地表沉降曲線隨時間變化示意圖如圖7所示，從圖7中可以看出：地表沉降變化量也是隨著基坑開挖深度的增加而增加，監測點在達到各自的初期最大沉降量后，開始趨于平穩，在平穩一段時間后，沉降又開始增加，但增幅不大，并最終達到穩定。這主要是因為基坑開挖到設計深度時，在圍護樁上架設了鋼管支撐起到了支護作用，使得沉降達到第一次穩定。在基坑底板砼到達設計強度，拆除鋼管支撐并澆筑基坑側墻達到第二次的最終穩定。

4 結論

本文以廈門某快速路的一處下穿通道基坑為依托，結合現場監測數據對基坑開挖過程中基坑的變形規律進行了分析，得出以下結論：

圖7 地表位移變化圖

(1)根據基坑監測的圍護樁樁頂水平位移、圍護樁深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降等數據可以看出，基坑變形與施工工況是緊密相關的。

(2)圍護樁深層水平位移變化曲線呈現“鼓肚”現象，表明圍護樁的中間未設置鋼管支撐的部分易產生較大的位移，施工時引起重視。

(3)支撐軸力隨時間的變化是穩定增長的，在達到最大值后基本穩定。及時有效地進行鋼管支撐的施工，能有效地控制樁頂水平位移、深層水平位移的變化和周邊地表沉降的變化。

[1] 郭景全，李文華.深基坑開挖施工監測技術[J].橋隧施工與機械，2015(12)：73-76.

[2] 劉國棟，王衛東.基坑工程手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2009(2)：39-42.

[3] 劉亞洋，衛宏.某深基坑監測數據分析[J].巖土工程界，2009(12)：43-46.

[4] 牟亞洲.深基坑圍護結構內支撐軸力的監測及分析[J].鐵道設計，2012(1)：84-87.

Deep foundation pit monitoring and its results analysis of an expressway

DINGKun

(Fuzhou City Construction Design and Research Institute Co. Ltd.,Fuzhou 350001)

Taking the deep foundation pit of a certain expressway in Xiamen as the research background，the variation of horiontal displacement of the pile head, horiontal displacement of deep soils,axial force of steel bracing, ground settlement are analyzed. It is shown that, in the excavation process, the variation of horiontal displacement of the pile head and horiontal displacement of deep soils and ground settlement are increasing.After applying steel pipe support, the variation of horiontal displacement of the pile head and ground settlement are stable，horiontal displacement of deep soils began to move down. After applying steel pipe support, supporting axial force increases gradually,and ultimately achieve stability.

Deep foundation pit; Monitoring; The data analysis

丁錕(1982.9- )，男，工程師。

E-mail:328228617@qq.com

2017-02-17

TU473

A

1004-6135(2017)06-0100-04