基于施工全過程的深圳某深基坑工程監測分析

余成華， 周建雄

(深圳市勘察研究院有限公司， 廣東 深圳 518026)

近年來隨著城市建設的快速發展和城市用地的日趨緊張，深基坑工程施工不可避免地影響周邊既有建筑物、地下管線和臨近的地鐵隧道[1-3]。因此，保證基坑圍護結構的穩定性以及嚴格控制因基坑施工而導致的周邊地面沉降和變形，對于降低對基坑周邊環境的影響至關重要。在基坑施工的全過程，利用信息化監測技術進行實時監測，可反饋于基坑開挖，以便采取有效措施應對可能發生的基坑失穩或過大變形對周邊的影響[4-5]。

奚家米等[6]以上海地區某深基坑工程為背景，利用圍護結構頂部水平位移、垂直沉降、臨近道路地表沉降和內支撐軸力等信息化監測數據，指導了復雜環境下軟土基坑的施工。龍林和李之達[7]以長沙市某深基坑為案例，基于監測數據分析了樁錨支護和土釘支護在長沙地區的適用性。丁智等[8]根據鄰近已運營地鐵隧道的基坑工程監測數據，對基坑開挖全階段施工過程的深層土體側向位移與鄰近地鐵隧道變形之間的規律展開研究，探討基坑開挖的施工危險節點與重點影響區域。葉帥華等[9]以中國移動甘肅公司深基坑工程為實例，在基坑開挖施工過程中，分別對水平位移和豎向位移進行了實時監測，并根據監測結果探討了所用支護形式在蘭州地區的適用性。莊海洋等[10]以上海地區某深軟場地地鐵狹長深基坑為工程背景，對開挖引起的地表和周邊建筑物沉降、地下連續墻側移、墻頂和立柱豎向位移等的監測數據進行了詳細地統計和分析，探討了深軟場地狹長深基坑變形的時空分布特征及其主要誘因。

本文以深圳某深基坑工程為例，基于施工全過程的監測數據，分析不同施工階段的地面沉降、立柱沉降、臨近地鐵站風亭結構沉降、支護樁水平位移、基坑周邊水平位移和錨索軸向拉力以及基坑周邊地下水位的變化特征，以期為深圳市類似基坑的設計和施工提供有價值的參考。

1 基坑工程概況

研究場地位于深圳市寶安區西鄉體育中心附近，場地擬建4棟32層、1棟27層建筑物，均為框剪結構，地下2層。

基坑東北側為寶源路，該側有地鐵11號線施工區(該區間段為明挖隧道，已完成隧道結構施工并回填)，距離基坑邊約34.6 m；基坑東南側為空地；基坑西南側為三號路，基坑西北側為銀田路。場地現狀地面標高3.73～5.00 m，基坑周邊無管線。基坑長約143.3 m，寬113.4 m，周長507.2 m，面積16 731.2 m2，開挖深度9.0～10.0 m。

1.1 工程及水文地質條件

基坑場地的巖土層自上而下為：①第四系雜填土(Q4ml)；②第四系海積沖積淤泥、淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土(Q4mc)；③第四系沖洪積物含砂粉質黏土、粉質黏土、黏土(Q4al+pl)；④第世系殘積砂質黏性土、殘積黏性土(Q4el)；⑤中元古界長城系混合花崗巖(Ch)。

基坑場地內無地表水。地下水主要賦存于第四系全新世土層中的孔隙水和風化基巖中的裂隙水，屬于潛水類型，為強透水層與弱透水層共存的濕潤區，其穩定水位埋深0.96～2.86 m。相關土層參數見表1。

表1 土層物理力學參數

1.2 基坑支護方案與施工步驟

基坑支護結構平面布置圖(包括監測點布置)、典型剖面圖(1-1剖面和7-7剖面)分別如圖1～圖3所示。具體支護方案如下：

圖1 基坑支護及監測點平面圖

圖2 基坑1-1剖面圖

圖3 基坑7-7剖面圖

1)基坑北側(ABCD段)采用雙排樁支護(旋挖灌注樁)。

2)基坑東北側靠近寶源路，在建地鐵11號線施工區(DEF段)采用支護樁(旋挖灌注樁)+內支撐支護，其中DE段設置一道支撐，EF段設置兩道支撐。

3)基坑東北側規劃路FGH段采用支護樁[鉆(沖)孔灌注樁]+內支撐支護，其中FG段設置兩道支撐，GH段設置一道支撐。

4)基坑HJKLM段，采用支護樁[鉆(沖)孔灌注樁]+錨索支護。錨索采用3×7φ5或4×7φ5預應力錨索，共設置3道，入射角為35°。

5)基坑MA段采用支護樁[鉆(沖)孔灌注樁]+內支撐支護，在支護樁冠梁處設置一道內支撐。

上述支護方案中：旋挖灌注樁直徑為1.2 m，樁間距為1.6 m；鉆(沖)孔灌注樁直徑為1.0 m，樁間距為1.6 m。所有支護樁后設兩排直徑0.55 m、間距0.4 m的攪拌樁止水，且攪拌樁樁底進入坑底3.0 m或至強風化花崗混合巖面；樁間設一排直徑0.55 m、間距0.4 m的攪拌樁加固樁間軟土。內支撐為1.0 m×1.0 m鋼筋混凝土支撐梁，雙排樁樁頂設1.2 m×1.0 m鋼筋混凝土剛架梁。支護樁側均掛直徑6.5 mm，間距200 mm×200 mm鋼筋網，并噴射100 mm厚混凝土面層。

基坑主要施工工況見表2。

表2 基坑全過程施工工況

1.3 基坑監測方案

基坑主要監測項目為：①沉降監測，包括基坑周邊地鐵風亭、道路、內支撐立柱沉降等(編號C01～C40)；②水平位移監測，主要布設在支護樁冠梁(S01～S20)和基坑坡頂(S21～S39)；③地下水位監測(W01～W12)；④錨索拉力監測(M1～M3)。監測點布置如圖1所示。監測頻率為：土方開挖期間每3 d監測一次，開挖至坑底后每天監測1次，10 d 后每3 d監測一次，底板完成后每1周監測1次，直至土方回填。監測報警及控制值見表3。

表3 基坑監測報警值及控制值

2 基坑監測結果及分析

2.1 地面、立柱及地鐵風亭結構沉降

根據監測數據，取地面累積沉降量大于20 mm的監測點為代表性監測點進行分析，其地表累積沉降量隨時間變化曲線如圖4所示。

圖4 地面沉降監測結果

結合監測數據及圖4可知，監測點C19在基坑土方開挖后一直呈增大趨勢，最終累積沉降量達33.84 mm。監測點C2、C5、C6、C7自第一道內支撐和第一道錨索施工結束前有微弱隆起，然后開始沉降，其中C2沉降量呈快速增大趨勢，最終達 44.1 mm。根據表3，上述監測點均未達到報警值。由圖1可知，監測點C2位于內支撐和預應力錨索支護結構的交界處，表明不同支護結構的變換處地面沉降較大，在施工時應引起重視。

繪制內支撐立柱上所有沉降監測點的監測數據隨時間變化曲線，如圖5所示。由圖5可知，立柱各沉降監測點隨基坑開挖先表現隆起，后表現沉降。其中，C24沉降監測點的累積沉降量較大，約達10.3 mm。所有沉降監測點的累積沉降量均未達到報警值(24 mm)。立柱這種先隆起后沉降的過程與基坑開挖過程中土體的回彈變形有關。在土方開挖至坑底標高前(工況Ⅱ-Ⅴ)，由于坑內卸荷，導致了坑底產生回彈變形，監測值表現出隆起。隨著底板的施工立柱拆除和換撐、地下室結構的施工(工況Ⅵ)，立柱沉降呈波動趨勢。上述監測結果表明，在深基坑土方開挖過程中應注意坑底回彈的影響。

圖5 立柱沉降監測結果

地鐵站風亭結構上布置的4個沉降監測點(C37～C40)的累積沉降量如圖6所示。由圖6可知，在工況Ⅱ即土方開挖至冠梁底標高時，地鐵風亭結構沉降量達到最大值(約4 mm)，之后隨著冠梁、第一道內支撐施工完成后沉降量逐漸減小，隨后維持在3 mm范圍內波動，小于報警值(8 mm)。

圖6 地鐵站風亭沉降監測結果

2.2 支護樁水平位移

選擇支護樁頂累積水平位移量超過8 mm的監測點為代表性監測點，其累積水平位移隨時間變化如圖7所示，以位移正值表示向坑內變形。由圖7可知，支護樁頂的水平位移均向坑內，且隨分層分段開挖均持續增大，但總體未達到報警值(24 mm)，表明在整個基坑施工過程中支護樁的變形在允許值范圍內。此外，從圖7還可以看出，支護樁頂水平位移較大的監測點基本上位于施加預應力錨索段(如S11、S12)，而內支撐支護段的樁頂位移較小(如S17、S18)。上述監測結果表明，內支撐對約束支護樁變形相比預應力錨索具有一定的優勢。

圖7 支護樁頂水平位移監測結果

圖8為累積水平位移大于6 mm的基坑周邊監測點的監測曲線。由圖8可知，在整個基坑的施工過程中，基坑周邊地表幾乎均向坑內變形，且呈現兩階段變形特征。首選在放坡開挖、第一道支撐和第一道錨索施工期間(工況Ⅱ-Ⅲ)，基坑周邊有一定的變形，且以臨近地鐵站風亭監測點S39變形最為明顯。此后，隨著坑內土方開挖至地下室施工結束(工況Ⅳ-Ⅳ)，基坑周邊地表持續變形并趨于穩定。結合圖1中的監測點位置發現，基坑周邊地面發生較大水平位移主要集中在基坑的東北側。其中，監測點S35～S39位于臨近地鐵側，S39位于附近(累積水平位移接近12 mm)。上述監測點的水平位移變化曲線表明，盡管累積水平位移均未達到報警值(32 mm)，但基坑開挖對臨近地鐵仍具有一定的影響。

圖8 地面水平位移監測結果

2.3 錨索拉力

M1、M2和M3分別為HJ、JKL和LM段代表性錨索軸向拉力監測點，且所有錨索測力計均安裝在第一道錨索上。根據基坑支護方案，HJ、JKL和LM段第一道錨索的軸向拉力標準值N分別為360、330、330 kN。3個代表性錨索軸向拉力監測值隨時間變化曲線如圖9所示。由圖9可知，3個錨索軸向拉力監測值均小于報警值(0.8N)。M1和M2監測點的錨索軸向拉力先下降后維持在相對穩定水平，M3監測點的錨索軸向拉力雖有一定程度的增大，但也未超出報警值。上述監測結果表明，預應力錨索在基坑整個開挖至地下室結構施工期間(工況Ⅴ-Ⅵ)的工作狀況良好。

圖9 錨索軸向拉力監測結果

2.4 地下水位

地下水位監測點布置在基坑坑外四周，其中監測點W03和W04由于錨索施工導致井孔阻塞，無法觀測到地下水位，故分析了其余10個井孔內的地下水位數據，其隨時間變化曲線如圖10所示。

圖10 基坑周邊地下水位監測結果

由圖10可知，所有監測點的地下水位在分段分層開挖階段(工況Ⅳ-Ⅴ)均下降，然后在內支撐段拆撐和地下室結構施工期間基本保持平穩狀態。對于監測點W01、W02、W05、W07、W12，初始地下水位與最低點地下水位差值分別為1.03、2.13、2.87、1.98、2.08 m，均小于報警值3.2 m。但對于監測點W06、W08、W09、W10、W11來說，地下水位最大下降幅度分別為5.0、3.54、3.56、4.16、4.93 m。根據表2，監測點W08和W09的地下水位下降幅度超過報警值3.2 m，監測點W06、W10和W11的地下水位下降幅度超過了設計控制值4.0 m。由于地下水位的大幅下降，會引起土層中有效應力的增加而導致附加沉降，故施工單位需引起重視，采取合適的措施(如回灌)控制基坑周邊地面沉降。

3 結論

以深圳某深基坑工程為例，基于施工全過程的監測數據，分析了不同施工階段的地面沉降、立柱沉降、臨近地鐵站風亭結構沉降、支護樁水平位移、基坑周邊水平位移和錨索軸向拉力以及基坑周邊地下水位的變化特征。主要結論如下：

1)位于內支撐和預應力錨索支護結構交界處的地面沉降較大。坑內土方開挖卸荷會導致坑底產生回彈變形，立柱有微弱隆起變形。地鐵風亭結構在土方開挖至冠梁底標高時沉降最大，后隨著冠梁、第一道內支撐施工完成后沉降量逐漸減小。所有沉降監測點的累積沉降量均未達到報警值。

2)支護樁頂的水平位移均向坑內，且隨基坑土方開挖持續增大，且樁頂位移在內支撐支護段要小于預應力錨索段。基坑周邊地表水平位移也指向坑內，且在臨近的地鐵站風亭處變形最為明顯。所有監測點的水平位移均未達到報警值。

3)預應力錨索在基坑整個開挖至地下室結構施工期間的工作狀況良好。基坑周邊地下水位在分段分層開挖階段均下降，然后在內支撐段拆撐和地下室結構施工期間基本保持平穩狀態。部分監測點累積地下水位下降幅度超過報警值和控制值，施工單位需采取合適的措施(如回灌)控制基坑周邊因地下水位大幅下降引起的附加沉降。