福州某深基坑工程監(jiān)測實(shí)例分析

朱毅斌

(福建省水產(chǎn)設(shè)計(jì)院 福建福州 350001)

0 引言

近年來，基坑監(jiān)測方法有了很大提高，對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理也有了新的進(jìn)展，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反演土體力學(xué)參數(shù)，反饋給設(shè)計(jì)單位，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)基坑的變形情況，從而對保障基坑穩(wěn)定性、指導(dǎo)施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)具有積極作用。本文以福州某大廈基坑開挖為例，通過對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，研究支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化與位移情況，并及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，實(shí)現(xiàn)了信息化施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，進(jìn)而確保了周邊建(構(gòu))筑物的安全[1]。

1 工程概況

某大廈位于福州市五四北路和二環(huán)路交叉口的東南角。基坑北側(cè)為二環(huán)路高架橋，東側(cè)為省老干局高壓配電房(2層、框架結(jié)構(gòu))，南側(cè)為湖前內(nèi)河河堤，鋪設(shè)有10萬伏高壓電纜。該大廈地上30層，地下3層，基坑占地面積約2000m2。基坑開挖深度約12.6m。

該場地地質(zhì)土層自上而下為：

①素填土 1.70～2.40m厚；

②淤泥 13.00～15.00m厚；

③含泥碎礫石 0.50～3.00m厚；

④粘土 5.00～8.00m厚。

豎向支護(hù)樁采用Φ800沖(鉆)孔灌注樁，于1994年施工完成后一直處于停工狀態(tài)，直至2007年下半年開始外圍水泥攪拌樁及水平支撐立柱的施工。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)采用C30鋼筋混凝土沖(鉆)孔灌注樁，樁徑Φ800mm，樁長22m，樁距950mm，樁頂設(shè)0.50m厚C30鋼筋混凝土冠梁，內(nèi)設(shè)三道水平內(nèi)支撐。其支護(hù)系統(tǒng)平面圖、斷面圖如圖1～圖2所示。

圖1 支護(hù)系統(tǒng)平面圖

圖2 支護(hù)剖面圖

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)范要求，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊情況進(jìn)行了監(jiān)測。主要監(jiān)測內(nèi)容有：支撐軸力、連續(xù)墻后土體深層位移、連續(xù)墻頂部水平位移、立柱豎向位移及周邊建(構(gòu))筑物豎向位移、水位監(jiān)測等。測點(diǎn)的布置根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場實(shí)際情況布設(shè)，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測點(diǎn)位布置圖

3.2 主要監(jiān)測成果的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在每道支撐上分別布設(shè)6組應(yīng)力傳感器，應(yīng)力傳感器均布設(shè)在支撐梁垂直面兩側(cè)，如圖3所示。支撐應(yīng)力實(shí)際上是支撐對周圍土壓力的集中反力，其數(shù)值大小及變化情況與施工進(jìn)程密切相關(guān)。三道支撐的平均應(yīng)力隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖4所示。

圖4 三道支撐的應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線

由圖4分析可見三道支撐應(yīng)力變化情況如下：

(1)基坑的第一道支撐在開挖過程中，支撐應(yīng)力變化較平緩，平均應(yīng)力在-10kN左右。

(2)第二道支撐在開挖過程中的變化不均勻，且數(shù)值各不相同，其大小變化與支撐部件的位置受力不同及開挖順序有關(guān)，南北向中間兩道支撐的受力變化較大。開挖至坑底后，應(yīng)力達(dá)到最大值；底板澆搗后，應(yīng)力逐漸減少，在拆除第三道支撐時(shí)，應(yīng)力又逐漸增大。

(3)第三道支撐的平均應(yīng)力比第二道支撐的平均應(yīng)力小，其平均應(yīng)力約為-7kN。當(dāng)基礎(chǔ)底板澆搗后，由于基礎(chǔ)產(chǎn)生的壓力變化和水化膨脹作用，使得第二道和第三道支撐的應(yīng)力有所下降。

3.3 地下連續(xù)墻后土體水平位移

地下連續(xù)墻墻體在土體開挖后，墻體受力增加產(chǎn)生一定的變形，通過對圍護(hù)樁后土體的測斜管監(jiān)測，可以適當(dāng)反映墻體變形。在基坑四周共布設(shè)9個(gè)24m深的測斜管，東西南北各邊主要測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 連續(xù)墻后土體深層位移沿深度隨時(shí)間變化曲線

由圖5可見連續(xù)墻后土體深層位移沿深度變化如下：

(1)深層位移曲線特征為兩端小，中間大，且最大水平位移處隨開挖深度逐漸增大，向下移動(dòng)，最終在基坑底面附近處達(dá)到最大，最大位移變形為44mm(南側(cè))。

(2)在第一道支撐做好后到第二道支撐完成前，墻體的水平位移變化速率逐漸增大；當(dāng)?shù)诙乐瓮瓿珊螅灰扑俾视兴陆担S開挖的繼續(xù)，速率又開始增大。相對位移速率變化較大，從而引起第二道支撐應(yīng)力的增加。

3.4 連續(xù)墻頂部水平位移

連續(xù)墻頂部水平位移是墻體最直接變形量的反應(yīng)，其變形量的大小，主要取決于基坑的寬度、開挖深度、土層的性質(zhì)、墻體剛度、入土深度、開挖支撐形式及施工工藝等。監(jiān)測點(diǎn)如圖3所示，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 連續(xù)墻頂部水平位移隨時(shí)間變化曲線

從圖6可看出連續(xù)墻頂部水平位移變化如下：

最大水平位移變化均發(fā)生在連續(xù)墻體中部，且東側(cè)和南北側(cè)的頂部水平位移相對較大，這與基坑的寬度較大有關(guān)。

3.5 立柱沉降

除監(jiān)測連續(xù)墻墻體水平位移外，還要監(jiān)測土體開挖對地下連續(xù)墻引起的隆起或沉降。同時(shí)，由于基坑的開挖，在基坑的底部引起隆起或沉降使立柱樁向上或向下產(chǎn)生側(cè)向力，從而使支撐有失穩(wěn)破壞的可能。

立柱沉降點(diǎn)位布設(shè)如圖3所示。四周墻體及立柱呈上浮變形，但變形值均較小，最大為3mm。這是由于基坑開挖土體卸載回彈，以及圍護(hù)墻側(cè)土體側(cè)限解除，從而帶動(dòng)了四周墻體及立柱發(fā)生向上的位移。

3.6 周邊建(構(gòu))筑物沉降

在基坑施工期間，對鄰近場地的道路、湖前河岸、老干局配電房等建(構(gòu))筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測，具體監(jiān)測點(diǎn)位如圖3所示。

3.6.1鄰近道路監(jiān)測

基坑北側(cè)鄰近道路沉降最大為56.7mm，而基坑北側(cè)頂部最大變形為25mm，說明基坑周邊土體變形以沉降為主，這也與施工期間大型車輛進(jìn)出荷載有關(guān)。

3.6.2湖前河岸沉降監(jiān)測

該基坑南側(cè)河岸埋設(shè)有10萬伏高壓電纜，在基坑施工前，特將電纜暴露，周圍用沙覆蓋。由于南側(cè)基坑支護(hù)樁中心距離河岸僅3m，為安全起見，在水泥攪拌樁施工時(shí)，在河道內(nèi)架設(shè)滿堂架支撐河道。鄰近河岸最大沉降量為28.4mm，最小為7.4mm，平均沉降17.1mm。

3.6.3老干局配電房沉降監(jiān)測

配電房監(jiān)測點(diǎn)中，其最大沉降量為11.3mm(F7點(diǎn))，最小沉降為6.9mm(F4點(diǎn))，平均沉降為8.4mm，相鄰沉降差最大為3.8mm(F5和F6點(diǎn)間)，其相鄰沉降差滿足規(guī)范(GB50007-2002)規(guī)定的0.002L的要求(L為相鄰監(jiān)測點(diǎn)的距離，單位mm)，但頂層樓板出現(xiàn)部分裂縫，后經(jīng)修補(bǔ)后，未再出現(xiàn)新增裂縫。配電房運(yùn)行正常。

3.7 設(shè)計(jì)優(yōu)化

根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋分析，各邊中間深部位移較大，兩端較小；墻頂水平位移變化最大處也發(fā)生在墻體中部，且東側(cè)、南北側(cè)頂部水平位移相對較大。對原設(shè)計(jì)兩端的內(nèi)支撐間距適當(dāng)優(yōu)化，并調(diào)整各邊中部的支撐點(diǎn)位置，使中部支撐點(diǎn)位根據(jù)實(shí)際灌注樁施工完成后的位置設(shè)置的更為合理。

4 結(jié)論

通過該工程監(jiān)測方案的實(shí)施和施工過程中的信息化監(jiān)測，有效地保護(hù)了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全，證明設(shè)計(jì)方案與施工組織是相對有效的，根據(jù)以上分析，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)合理的土體暴露時(shí)間。基坑開挖中，深層土體的開挖會(huì)引起較大的支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力與支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移及土體沉降變形。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制這部分土體的暴露時(shí)間，及時(shí)架設(shè)支撐和澆筑混凝土底板，以減少基坑的變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。基坑工程具有時(shí)空效應(yīng)，土側(cè)壓力與開挖步驟密切相關(guān)及基坑彎處與側(cè)邊中部的變形有較大差異。從連續(xù)墻頂部水平位移隨時(shí)間變化曲線分析，在不規(guī)則深基坑中陽角位置一般為基坑的薄弱位置，支護(hù)變形較基他位置偏大。

(2)數(shù)據(jù)反饋設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。從監(jiān)測結(jié)果表明，墻體后土體最大變形為44mm，與墻體的埋深(22m)和基坑的深度(12.6m)之比分別為0.20%和0.35%，均在一般工程許可范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)反饋設(shè)計(jì)，加快工程進(jìn)度，縮短工期，節(jié)省建設(shè)投資，收到較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)組織監(jiān)測，做到信息化施工。由于深基坑支護(hù)工程中，荷載難于確定，而地質(zhì)條件和施工條件又較復(fù)雜，所以有必要對整個(gè)施工過程進(jìn)行監(jiān)測，這樣，既可以對理論設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行比較與驗(yàn)證，又可以將監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，指導(dǎo)施工進(jìn)程，做到信息化施工[2]。