深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)

周 亮

中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司

1 引言

隨著我國城市化建設(shè)步伐的不斷加快，城市可利用的建筑用地越來越緊缺，促使現(xiàn)代建筑不得不通過提升土地地上與地下的利用率來獲得更大的收益，這就使得現(xiàn)代建筑物的總高度與地下層數(shù)不斷增長，對深基坑的開挖、支護(hù)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。所以注重深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)的研究與分析具有深遠(yuǎn)影響與重要意義。

2 工程概況

文章以南京市IC集成電路研創(chuàng)園項目為例，該項目用地總面積約110畝。規(guī)劃主要為科研設(shè)計用地，規(guī)劃建設(shè)智能寫字樓、總部辦公樓、智能制造研發(fā)樓、研發(fā)孵化樓、園區(qū)配套附屬設(shè)施等，打造為具有集聚效應(yīng)的IC智能制造、高端研發(fā)辦公創(chuàng)新園區(qū)。項目總建筑面積30.7×104m2，其中地上建筑面積約18.2×104m2，建設(shè)工程包含辦公樓、寫字樓、商業(yè)配套、孵化器及園區(qū)配套設(shè)施。

本項目場地內(nèi)部原狀土絕對標(biāo)高從14.5m～18.1m，整體呈現(xiàn)西北側(cè)高，東南側(cè)低的趨勢。場區(qū)平均標(biāo)高約為16.8m，土方開挖至絕對標(biāo)高5.5m，土方量約為75.4×104m3（含中心島土方約9.0×104m3），基坑支護(hù)涉及兩道支撐，計劃土方開挖（不含中心島）分三層進(jìn)行，第一層土方約19.4×104m3，第二層土方約28.2×104m3，第三層土方約18.8×104m3，剩余中心島區(qū)域土方（約9.0×104m3）于地下結(jié)構(gòu)施工完成后開挖。

3 深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)既措施

深基坑開挖施工過程中，施工順序、施工質(zhì)量以及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全之間有著密切的聯(lián)系，根據(jù)工程項目的實際情況，在支護(hù)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計的各項技術(shù)指標(biāo)要求的前提下要合理地安排施工順序與選擇施工措施。

3.1 深基坑開挖施工質(zhì)量與施工順序的要求

深基坑開挖施工質(zhì)量的關(guān)鍵在于鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，在實際施工過程中為了保證深基坑開挖后建筑主體的有序施工，要注重對樁位位置的控制，實際偏差不得＞70mm，同時樁體垂直度偏差不得＞1/100，樁位成孔不允許出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，在成孔之后要保證坑底的清潔程度，具體要求是坑底沉渣的厚度不得＞200mm。只有滿足這些施工要求才能為施工質(zhì)量提供有力的保障[1]。

結(jié)合本工程項目的實際情況，深基坑的開挖順序、方法以及施工技術(shù)以施工設(shè)計為指導(dǎo)，遵循開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖的施工原則。深基坑分層開挖必須保證每次開挖的深度不得＞2m，當(dāng)開挖至2m后立即停止開挖留坡處理，坡度不得＞30°，在深基坑開挖至距離設(shè)計標(biāo)高300mm時停止機(jī)械作業(yè)，轉(zhuǎn)由人工進(jìn)行施工修土，當(dāng)基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高后及時進(jìn)行混凝土墊層施工并以最快速度完成基礎(chǔ)施工，避免基坑敞開時間較長影響土體結(jié)構(gòu)與工程質(zhì)量。

3.2 深基坑開挖施工區(qū)域劃分

深基坑開挖施工中為了有效地避免開挖施工中變形情況的發(fā)生，開挖要堅持以“時空效應(yīng)”理論為指導(dǎo)，實行分層、分段、分塊、對稱平衡支撐開挖等原則。所以針對本工程項目的實際情況，深基坑的開挖的施工順序可以劃分為：一區(qū)→二區(qū)→三區(qū)→四區(qū)等（具體分區(qū)如圖1所示）。

圖1 開挖分區(qū)示意圖（單位：mm）

3.3 土方開挖施工

3.3.1 第一層土方開挖

根據(jù)設(shè)計要求與施工標(biāo)準(zhǔn)，在實際施工中第一道支撐上方土直接用350型挖掘機(jī)開挖，開挖時分東西兩區(qū)域同時開挖，每區(qū)域布置6臺大型挖掘機(jī)，兩挖掘機(jī)前后間距不＜10m，左右間距不＜15m。第一層土方開挖至絕對標(biāo)高13.5m，并在基坑周邊進(jìn)行基坑放坡，坡度為1：1.5[2]。

3.3.2 第二層土方開挖

IC集成電路研創(chuàng)園項目基坑開挖面積較大，第一道支撐下方土方開挖時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，按照獨(dú)立穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系劃分為四個分區(qū)，為保證對稱開挖，一區(qū)東西兩側(cè)同時開挖、二區(qū)三區(qū)接近同時開挖、四區(qū)東西兩側(cè)同時開挖。待第一分區(qū)混凝土內(nèi)支撐大達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，首先開挖第一分區(qū)，至絕對標(biāo)高8.7m，開挖深度4.8m，開挖支撐下土方時，為便于機(jī)械進(jìn)入支撐下方施工，需先開挖出坡道。坡道頂標(biāo)高為13.5m，坡道底標(biāo)高為8.7m，坡比1：7，坡長34m，運(yùn)土通道墊0.5m厚建渣后鋪設(shè)2cm厚鋼板。

此外各分區(qū)土方開挖時，首先開挖對撐及角撐外的空曠地塊，并根據(jù)基坑監(jiān)測方案隨時觀測各項位移指標(biāo)，確保各項指標(biāo)在允許范圍內(nèi)。支撐下、棧橋下土方開挖時先用小型挖掘機(jī)將開挖出的土方集中堆放在空曠處，再由挖掘機(jī)裝車轉(zhuǎn)運(yùn)至棄土場。如小型挖機(jī)無法將支撐下及棧橋下土方挖運(yùn)出，考慮采用長臂挖機(jī)。

3.3.3 第三層土方開挖

第二道支撐下土方開挖時，同樣按照獨(dú)立穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系劃分為四個分區(qū)，為保證對稱開挖，沒有混凝土內(nèi)支撐的一側(cè)，等對稱一側(cè)混凝土內(nèi)支撐達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后開挖。即：一區(qū)東西兩側(cè)同時開挖、二區(qū)三區(qū)接近同時開挖、四區(qū)東西兩側(cè)同時開挖。

第二道支撐下方土開挖需在第二道支撐整體施工完成前，分區(qū)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后并經(jīng)驗收合格后進(jìn)行，土方開挖至絕對標(biāo)高5.5m，開挖深度3.2m，開挖支撐下土方時，為便于機(jī)械進(jìn)入支撐下方施工，需先開挖出坡道。坡道頂標(biāo)高為8.7m，坡道底標(biāo)高為5.8m，坡比1：7，坡長20m，運(yùn)土通道墊0.5m厚建渣。土方開挖時小型挖掘機(jī)下至支撐底面開挖，并將開挖出的土方集中堆放在空曠處，再由挖掘機(jī)裝車轉(zhuǎn)運(yùn)至棄土場[3]。

第三層無支撐下方土方開挖時直接放坡開挖，但為避免不對稱開挖，無第二道支撐標(biāo)高下土方等有第二道支撐接近同時施工。放坡坡度1：7，坡頂標(biāo)高為8.7m，坡底標(biāo)高為5.8m，坡長約20m，運(yùn)土通道墊0.5m厚磚渣并連接至上層運(yùn)土坡道。開挖時選擇3臺大型挖掘機(jī)錯位開挖，兩挖掘機(jī)前后間距不＜10m，左右間距不＜15m。

另外地下結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行中心島區(qū)域土方開挖，開挖時采用1:7放坡開挖，坡頂標(biāo)高14.3m，坡底標(biāo)高5.8m，坡長60m，坡道表面墊0.5m厚建渣，坡道土方隨著中心島圍護(hù)樁的拆除同步開挖并經(jīng)地下結(jié)構(gòu)坡道外運(yùn)。中心島土方開挖至標(biāo)高5.8m時停止機(jī)械作業(yè)，剩余0.3m土方由人工清理。

4 深基坑監(jiān)測技術(shù)

4.1 建筑管線、建筑物以及地表圍護(hù)墻定的監(jiān)測

針對本工程項目中的建筑管線、建筑物以及地表圍護(hù)墻的監(jiān)測工程主要是監(jiān)測沉降的實際情況。在實際監(jiān)測工作中主要采用獨(dú)立的高程系統(tǒng)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求要在距離深基坑的100m以外的區(qū)域內(nèi)設(shè)計兩組固定的監(jiān)測水準(zhǔn)點，可以標(biāo)記為H1、H2、H3、H4，然后借助高精度的測量儀器測量出這四個點位的實際高差，將這四個點位確定為變形與沉降的基準(zhǔn)點。在實際監(jiān)測工作中需要注意的是這四個監(jiān)測點必須形成一條等水準(zhǔn)閉合線路，最后由線路內(nèi)的多個工作點來測定監(jiān)測點的高程，同時要保證測量閉合差不得＞±0.5mm×√N(yùn)。各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)確定需要取＞三次的測量平均值，其中前后兩次所獲得的測量之差是本次監(jiān)測到的沉降變化情況；測量值與初值之差則為累計沉降變化量[4]。

4.2 深基坑圍護(hù)墻頂?shù)奈灰票O(jiān)測

深基坑圍護(hù)墻頂?shù)奈灰票O(jiān)測是重要的監(jiān)測內(nèi)容之一。在實際工作中要遵循準(zhǔn)直線法監(jiān)測原則，通過確定被監(jiān)測目標(biāo)的一條邊為基礎(chǔ)，在這條邊的兩端的原處設(shè)置穩(wěn)固的基準(zhǔn)點，可以標(biāo)記為H1、H2，將測量設(shè)備經(jīng)緯儀架設(shè)在H1點位后，定向H2，使得H1、H2聯(lián)為一條測量基準(zhǔn)線，在這條測量基準(zhǔn)線可以設(shè)置多個監(jiān)測點，借助經(jīng)緯儀來讀取各個監(jiān)測點至H1H2基準(zhǔn)線的垂直距離，同樣需要取多次測量數(shù)據(jù)的平均值來確定變形情況。針對在實際施工中無法運(yùn)用基準(zhǔn)直線測量的情況可以采用測小角法來完成對圍護(hù)墻頂位移的監(jiān)測工作。

4.3 深基坑的測斜

深基坑的測斜主要是針對在開挖施工階段圍護(hù)體系縱向水平變化的監(jiān)測，以地層移動理論與施工經(jīng)驗為指導(dǎo)，通過相關(guān)公式的計算來獲得深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性，同時根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料的分析與研究后對基坑外地面隆沉程度與影響情況預(yù)估結(jié)果，為相關(guān)施工方案的制定提供重要的理論與數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而為施工的安全提供重要的保障。深基坑的測斜工作主要是利用測斜儀器完成，當(dāng)前測斜儀器主要包含活動式與固定式兩種，在深基坑測斜工作中需要根據(jù)實際需求合理的選擇測斜儀器類型。

4.4 深基坑地下水位的監(jiān)測

深基坑地下水位監(jiān)測工作原理是，通過在基坑外邊線之外2m～4m的范圍內(nèi)提前預(yù)埋坑外水位監(jiān)測孔位，在實際埋設(shè)過程中可以借助鉆機(jī)來監(jiān)測孔的布設(shè)，監(jiān)測孔的深度必須達(dá)到6m，然后在孔位內(nèi)穿入PVC水位管，在PVC水位管埋設(shè)過程中一定要注意外部砂石的漏入，影響濾頭的滲水，在PVC水位管穿入監(jiān)測孔后及時用膨潤土進(jìn)行填實處理，防止接管處發(fā)生漏水情況。在實際水位監(jiān)測工作中降水前要測的不同水位孔孔口高程以及水位至孔口的高度，做好詳細(xì)的記錄，再計算獲得不同水位孔的水位標(biāo)高，初始水位要取連續(xù)兩次測量的平均值，每次水位與初始水位標(biāo)高比較即為水位累計變化量。監(jiān)測過程要求定期測量孔口標(biāo)高，以糾正孔被壓而使孔口標(biāo)高變化。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合工程實例主要通過深基坑開挖施工質(zhì)量、施工順序、開挖區(qū)域劃分、土方開挖施工、深基坑監(jiān)測技術(shù)等多個方面內(nèi)容的研究，對于深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)與分析，以期能為類似工程提供參考建議。