基坑開挖支護結構與周邊建筑變形監測分析

賈 媛

(山東省地震局，山東 濟南 250102)

1 概述

如今隨著城市的發展與建設，基坑工程往往處于建筑和其他地下工程密集的區域。基坑的設計也從傳統的強度控制轉變為變形控制，從而避免對周圍環境的影響[1]。由于開挖卸荷、基坑降水等原因，基底產生隆起、支護結構向坑內傾斜變形，必然引起基坑四周地面與原有建筑物的沉降變形，故對周圍環境的監測顯得尤為重要[2,3]。

對于基坑開挖對周圍環境影響的分析，國內外已有許多經驗和成果。鄭剛等[4]研究了天津某深基坑開挖規律，采用了數值模擬的方法，對橫撐距離、支護結構剛度、約束條件等進行分析，研究不同情況支護結構的變形規律。劉國彬等[5]利用可靠度理論進行基坑支護結構受力及變形分析，并研究了土體變異性對結果的影響，提出支護結構受力及變形的預測方法。俞建霖等[6]利用有限元分析方法，對軟土地區基坑開挖對地表沉降影響進行研究，分析了基坑被動加固區的深度和寬度變化對基坑變形的影響。本文以天津地鐵某基坑為例，對其開挖過程中和結構施工階段支護結構的樁頂位移、沉降、支撐軸力、周圍建筑物沉降等進行監測，其結果希望對其他類似相關工程提供科學合理的借鑒。

2 工程概況

天津地鐵6號線某基坑等級為二級，總長約60 m，隧道主體結構埋深約10 m，基坑開挖采用明挖法施工，與某建筑物-1層地下室連接。基坑采用SMW工法，樁φ800@600 mm，內插HN700×300×13×24型鋼，隔一插一(二)布置，內支撐體系為兩道鋼管支撐(φ609，t=16 mm)加鋼腰梁，如圖1所示。場地地下潛

水水位埋深1.1 m～2.6 m。第一承壓水含水層為 ⑧2粉土層，標高約為0.0 m～-0.5 m。

3 基坑監測方案

在基坑開挖施工過程中進行了安全監測，保證基坑及支護結構、鄰近建筑物等周圍環境的安全。監測內容有樁水平位移、樁頂沉降、支撐軸力、地下水位、地表沉降、周圍建筑物沉降等。根據GB 50497—2009建筑基坑工程監測技術規范[7]的規定，對支護結構的監測項目、布置、技術方法及頻率如表1所示。監測點布置如圖2所示。

表1 監測內容、方法和頻率

根據基坑等級、支護結構設計要求及GB 50497—2009建筑基坑工程監測技術規范的規定，參照地區經驗，確定安全監測報警值，如表2所示。其中預警值定為報警值的80%。

表2 安全監測報警值

預警指標報警值樁頂沉降速率3 mm/d,累計20 mm樁頂水平位移速率3 mm/d,累計20 mm支撐軸力設計軸力的80%建筑物沉降速率3 mm/d,累計15 mm

4 監測數據分析

4.1 樁頂沉降

樁頂沉降監測是在圍護體頂部圈梁施作完畢后，在設計位置打入沉降釘，使用電子水準儀進行觀測。觀測采用閉合水準路線時可以只觀測單程，采用附合水準路線形式必須進行往返觀測，取兩次觀測高差中數進行平差。樁頂沉降曲線如圖3所示。

從圖3中可看出，在基坑土體開挖階段，由于應力釋放，低的基底發生回彈，導致支護結構有一定的上浮，最大值約為5 mm(其中上浮為“+”)，遠小于設計允許值20 mm。而隨著基坑墊層、底板、側墻、頂板的施作以及土體回填等工作的繼續，樁體圍護結構與主體結構相互之間的應力得以加強，樁頂沉降則出現略微下沉并逐步趨于平緩、穩定。

4.2 樁頂水平位移

在支護結構頂部的測點處埋入光滑的凸球面的鋼制測釘，采用全站儀進行觀測。樁頂水平位移曲線如圖4所示。與樁頂沉降原因相同，在基坑土體開挖階段，由于應力釋放，支撐結構有不同程度向基坑里側偏移的現象。而隨著鋼管支撐的陸續架設，水平位移得到抑制。樁頂最大水平位移約為-25 mm(其中向基坑內為“-”)。當樁頂水平位移達到預警指標時，對變形較大部位及時采取了架設支撐、坑外土體卸荷措施，控制住了樁頂位移繼續擴大的趨勢。

4.3 支撐軸力

軸力計安裝在鋼支撐管與圍護樁間，監測基坑施工過程中其支撐軸力的變化，第一道支撐的軸力變化曲線如圖5所示。從圖5中可看出，在施加第一道和第二道支撐期間，軸力基本穩定，在開挖至設計標高時，軸力達到最大值，約為250 kN。

4.4 建筑物沉降

在基坑開挖和施工降水過程中，常引起周圍地面的下沉，從而造成建筑物的沉降變形，為此在基坑施工期間必須對基坑周圍的建筑物進行監測。用高程觀測的方法來了解被保護建筑物的沉降，從而了解其是否發生會引起傾斜或開裂的不均勻沉降。建筑物沉降曲線如圖6所示。

從圖6中可以看出，在施工期間，監測點中有的上浮有的下沉，但總體上建筑物體現為下沉的趨勢。不過沉降最大均在±3 mm(“+”表示上浮，“-”表示下沉)左右，遠小于設計允許值15 mm。在監測末期，建筑物沉降則基本趨于穩定，均在2 mm以內。

5 結語

基坑開挖信息化施工是近幾年逐漸興起和重視的課題，在基坑開挖過程中的監測，不僅可以驗證設計方案、研究理論，更可以指導工程施工。本文以天津地鐵某基坑為例，對其開挖過程中和結構施工階段支護結構的樁頂位移、沉降、支撐軸力、周圍建筑物沉降等進行監測。其結果表明，對于此工程，支護結構變形、周圍建筑物沉降均在規范規定的范圍之內。其結果希望對其他類似相關工程提供科學合理的借鑒。