上海某商辦樓基坑開(kāi)挖施工監(jiān)控量測(cè)分析

周 煒

（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海市200032）

0 引言

隨著上海城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市地面利用空間壓力越來(lái)越大，地下空間的利用越來(lái)越廣泛。城市的施工空間相對(duì)較小；隨著基坑的開(kāi)挖深度越來(lái)越深，修建地下建筑物對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響也是越來(lái)越大。因此，保證基坑工程的安全施工具有很大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

基坑開(kāi)挖初期提高監(jiān)測(cè)頻率并加快支撐的布設(shè)，是保證基坑安全施工的重要手段。基坑監(jiān)測(cè)主要包括：支護(hù)結(jié)構(gòu)本體、相關(guān)自然環(huán)境、施工工況、地下水狀況、基坑底部及周?chē)馏w、周?chē)ㄖ铩⒅車(chē)叵鹿芫€(xiàn)及地下設(shè)施、周?chē)匾牡缆返绕渌鼫y(cè)項(xiàng)[1-2]。王衛(wèi)東等人對(duì)上海軟土地區(qū)35 個(gè)深基坑工程案例通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度研究了深基坑的墻后地表變形性狀。得出了最大地表沉降隨著開(kāi)挖深度的增大而增大，其值介于0.1%H～0.8%H 之間，平均值為0.38%H，其中H 為基坑開(kāi)挖深度[3]。丁智等人對(duì)浙江地區(qū)深基坑工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一歸納研究，分析了在浙江軟弱土大背景下的深基坑側(cè)移曲線(xiàn)與周邊沉降曲線(xiàn)的特點(diǎn)，得出了基坑最大側(cè)移量與開(kāi)挖深度等之間的關(guān)系[4-5]。在針對(duì)軟土地區(qū)面積較大的基坑，根據(jù)基坑側(cè)壁不同控制要求，可以有針對(duì)性地制定位移控制為主的排樁結(jié)合豎向斜支撐方案，穩(wěn)定性控制為主的放坡結(jié)合懸臂樁方案[6]。針對(duì)深基坑開(kāi)挖及降水過(guò)程引起的地表沉降問(wèn)題，何橋敏引入了隨機(jī)介質(zhì)理論中的地層損失概念，并推導(dǎo)了基坑開(kāi)挖引起的地表沉降計(jì)算公式，改進(jìn)了容重變化和滲透力變化引起的地表沉降公式[7]。另外國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬手段也得出很多成果，其中采用摩爾庫(kù)倫模型模擬基坑施工過(guò)程得到的地連墻水平位移結(jié)果準(zhǔn)確，墻體最大水平位移的平均計(jì)算誤差為實(shí)測(cè)值的15%[8-9]。

現(xiàn)以上海市某商辦樓基坑工程為研究背景，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊地表沉降、地連墻的水平位移、周邊土體水位、支撐軸力的變化進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)得出基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地表變形、地連墻測(cè)斜，以及周邊水位變化規(guī)律，并提出相應(yīng)的控制措施和建議，研究結(jié)果可以為類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目基本概況

某項(xiàng)目占地8 935 m2，總建筑面積約56 303.79 m2，其中地上建筑面積約35 742 m2，地下建筑面積約20 561.79 m2。地下共三層，地上兩幢塔樓，A 樓共18層，B 樓共10 層。1～3 層主要功能為商業(yè)后勤，塔樓標(biāo)準(zhǔn)層功能均為辦公。該工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，圍護(hù)形式為三軸槽壁加固+ 地下連續(xù)墻+ 坑內(nèi)高壓旋噴樁；坑內(nèi)布設(shè)3 層支撐，且均為鋼筋混凝土支撐；地連墻厚度800 mm，插入深度26～38 m，周?chē)叵峦翆忧闆r見(jiàn)表1 所列。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)一覽表

1.2 周邊建筑物

擬建場(chǎng)地位于上海市虹口區(qū)，距離新建工程基坑2 倍開(kāi)挖深度及50 m 距離范圍內(nèi)共有8 棟房屋（包括2 棟歷史建筑）。

1.3 基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)

新建項(xiàng)目基坑周?chē)h(huán)境復(fù)雜，周邊均為已建成房屋，離基坑距離為3.3～39.9 m；基坑面積約7 155 m2，周長(zhǎng)約408 m，基坑挖深度約為14.5 m。該工程基坑安全等級(jí)一級(jí)，基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)除北側(cè)為三級(jí)外其余側(cè)均為二級(jí)。根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程施工監(jiān)測(cè)規(guī)程》DG/TJ 08-2001-2016 規(guī)定，綜合判斷基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。

1.4 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件見(jiàn)表1 所列。

1.5 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及施工工況

1.5.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)項(xiàng)有圍護(hù)體墻頂水平和豎向位移監(jiān)測(cè)、地連墻水平深層位移監(jiān)測(cè)、梁板應(yīng)力監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)、立柱豎向位移監(jiān)測(cè)、立柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)、坑外水位監(jiān)測(cè)、坑外地表豎向位移監(jiān)測(cè)、圍護(hù)體系裂縫、梁板裂縫、圍護(hù)體系巡視。由于本文篇幅有限，現(xiàn)只能主要針對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周?chē)乇沓两怠⒌剡B墻、坑外水位，以及支撐的影響分析，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1 所示。

圖1 平面測(cè)點(diǎn)布置圖（部分測(cè)點(diǎn)）

1.5.2 施工工況

施工工況見(jiàn)表2 所列。

表2 施工工況表

1.6 監(jiān)測(cè)儀器及方法介紹

（1）各類(lèi)垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)使用Leica NA2精密水準(zhǔn)儀，儀器精度0.3 mm/km，觀測(cè)方法為環(huán)線(xiàn)閉合法，閉合差及各項(xiàng)測(cè)站限差滿(mǎn)足建筑變形測(cè)量二等的技術(shù)要求。

（2）圍護(hù)墻體深層水平位移觀測(cè)采用伺服式數(shù)字自動(dòng)記錄測(cè)斜儀，測(cè)試精度1 mm。

（3）水位觀測(cè)采用電感應(yīng)水位測(cè)試儀，測(cè)試精度1 cm。

（4）支撐軸力量測(cè)采用VW-1 振弦讀數(shù)儀測(cè)量，測(cè)量精度為滿(mǎn)量程的1%。

1.7 監(jiān)測(cè)頻率及報(bào)警值（見(jiàn)表3、表4）

表3 不同施工段的監(jiān)測(cè)頻率一覽表

表4 報(bào)警值數(shù)據(jù)表

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)分析

2.1 基坑周?chē)乇沓两捣治?/h3>

地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取了兩組監(jiān)測(cè)點(diǎn)DB2-1～5、DB4-1～5 分別在基坑的兩個(gè)拐角處見(jiàn)圖1 所示。每組五個(gè)測(cè)點(diǎn)，距基坑邊緣的距離依次是2 m、4 m、6 m、8 m、10 m，基坑周?chē)乇碜畲蟪两狄不驹谶@個(gè)范圍內(nèi)[9]。圖2、圖3 是DB2-1～5、DB4-1～5 施工過(guò)程中沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖，圖4、圖5 是DB2-1～5、DB4-1～5距基坑距離不同的地表沉降曲線(xiàn)。從圖2、圖3 可以看出兩組測(cè)點(diǎn)的變化規(guī)律很相似，從工況一到工況二結(jié)束地表沉降變化較平緩，從工況三開(kāi)始地表沉降速度加快，此過(guò)程延續(xù)到工況四結(jié)束后沉降速度逐漸變緩。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是此時(shí)段基坑開(kāi)挖到中下部，土體受到較大擾動(dòng)，同時(shí)開(kāi)挖較深地下水位下降、流動(dòng)，帶走大量土體顆粒。工況五之后地表沉降趨于穩(wěn)定，是因?yàn)榇藭r(shí)段底板已經(jīng)澆筑完成，對(duì)地表沉降有明顯的抑制作用。兩組測(cè)點(diǎn)中最大沉降點(diǎn)分別發(fā)生在DB-2-2、DB-4-2，且這兩測(cè)點(diǎn)距基坑距離都是4 m（見(jiàn)圖4、圖5），相當(dāng)于約為基坑開(kāi)挖深度的0.3 倍（H為基坑最大開(kāi)挖深度，H=14.5 m，下同）。沉降值分別為53.8 mm、72.8 mm （約為0.037%H和0.050%H）可以看出整體沉降速率較穩(wěn)定但都超過(guò)了報(bào)警值。另外從圖4、圖5 中可以看出距基坑邊緣距離超出4 m 后地表沉降值呈迅速減小趨勢(shì)。

圖2 DB-2-1～5 測(cè)點(diǎn)基坑周?chē)乇硎┕み^(guò)程中沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖

圖3 DB-4-1～5 測(cè)點(diǎn)基坑周?chē)乇硎┕み^(guò)程中沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖

圖4 DB-2-1～5 測(cè)點(diǎn)距基坑距離不同的地表沉降曲線(xiàn)圖

圖5 DB-4-1～5 測(cè)點(diǎn)距基坑距離不同的地表沉降曲線(xiàn)圖

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移分析

現(xiàn)選取基坑北邊和西邊兩個(gè)地連墻測(cè)點(diǎn)CX2、CX24，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1 所示。兩個(gè)測(cè)點(diǎn)在不同工況下不同深度水平位移曲線(xiàn)如圖6、圖7 所示。從圖中可以看出地連墻測(cè)移隨著基坑開(kāi)挖的深度越深而逐漸增大。在基坑開(kāi)挖期間地連墻的側(cè)移量變化較快，而在澆筑底板后側(cè)移量逐漸變緩，甚至是出現(xiàn)回彈現(xiàn)象。最大側(cè)移通常發(fā)生在地連墻的墻深中下部，從整體來(lái)看地連墻位移呈“兩頭尖，中間鼓”的變形特征這也與之前學(xué)者們得到的結(jié)論一致。從圖中可以看出兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的最終最大側(cè)移值均發(fā)生在開(kāi)挖面以下2～7 m，且都超過(guò)了報(bào)警值，側(cè)移值分別為60.24 mm、88.63 mm（分別約為基坑最大開(kāi)挖深度的0.041%和0.061%）。在之后的類(lèi)似工程中應(yīng)及時(shí)澆筑基礎(chǔ)底板，使地連墻墻深中部及時(shí)得到支護(hù)。

圖6 CX2 測(cè)點(diǎn)施工全過(guò)程中不同深度水平位移曲線(xiàn)圖

圖7 CX24 測(cè)點(diǎn)施工全過(guò)程中不同深度水平位移曲線(xiàn)圖

2.3 水位變化分析

水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)共選取了三個(gè)點(diǎn)，SW19、SW22、SW25 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1 所示。三個(gè)測(cè)點(diǎn)在基坑開(kāi)挖階段坑外水位變化規(guī)律較為相似，都是從基坑開(kāi)挖開(kāi)始，周?chē)叵滤幌瘸恃杆傧陆禒顟B(tài)，坑內(nèi)圍護(hù)墻接縫表面有滲水現(xiàn)象，施工單位及時(shí)進(jìn)行了處理，到底板澆筑結(jié)束后，隨著地下結(jié)構(gòu)回筑，內(nèi)襯墻封閉施工完成，坑外水位出現(xiàn)回升，截至最后一次測(cè)量已保持穩(wěn)定（見(jiàn)圖8）。在開(kāi)挖過(guò)程中最大累計(jì)變化量為-1 725.1 mm（SW19），超出報(bào)警值（800 mm），對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題在施工過(guò)程中應(yīng)該要提高地連墻接縫處的施工質(zhì)量，避免類(lèi)似地連墻滲水的情況。

圖8 S W19、S W22、S W25 測(cè)點(diǎn)施工過(guò)程中水位隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖

2.4 支撐軸力分析

因施工原因軸力監(jiān)測(cè)部分只選取了ZCL-1 一個(gè)截面軸力，測(cè)點(diǎn)各道支撐的軸力時(shí)程曲線(xiàn)如圖9 所示。軸力測(cè)點(diǎn)ZCL-1 共布置6 道支撐，2、3、4 道為混凝土支撐，1、5、6 道為鋼支撐。支撐軸力變化趨勢(shì)為支撐軸力隨著基坑開(kāi)挖深度增加而增大，當(dāng)基坑底板澆筑完成后支撐軸力開(kāi)始逐漸穩(wěn)定。其中，第2、第3 道混凝土支撐軸力明顯大于其它鋼支撐，軸力值為2 204 kN、2 045 kN，分別約為鋼支撐軸力設(shè)計(jì)值的63%和31%，均未超過(guò)報(bào)警值，支撐設(shè)計(jì)部分完全符合實(shí)際項(xiàng)目要求。

圖9 ZCL-1 測(cè)點(diǎn)施工全過(guò)程中支撐軸力隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖

3 結(jié) 論

（1）地表沉降隨基坑開(kāi)挖深度的增加而增加，開(kāi)挖到中下部地表沉降最快，水位下降會(huì)導(dǎo)致周?chē)馏w沉降加速，底板修筑后地表沉降逐漸穩(wěn)定，最大沉降值在距基坑外邊線(xiàn)4 m 處（約為基坑最大開(kāi)挖深度的0.3 倍），最大沉降值約為基坑最大開(kāi)挖深度的0.037%～0.050%。

（2）當(dāng)基坑開(kāi)挖到中下部側(cè)移量變化加快，選取的兩側(cè)點(diǎn)最大側(cè)移處通常發(fā)生在地連墻的中下部、大致在基坑最大開(kāi)挖面以下2～7 m，最大側(cè)移量分別約為基坑最大開(kāi)挖深度的0.041%和0.061%，地連墻整體變形呈兩頭小，中間鼓的形狀。隨著底板修筑側(cè)移量趨于穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)有少量側(cè)移量回彈的現(xiàn)象。

（3）在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，周?chē)叵滤幌妊杆傧陆担觾?nèi)圍護(hù)墻接縫處表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，底板澆筑結(jié)束后，隨著地下結(jié)構(gòu)回筑，內(nèi)襯墻封閉施工完成，坑外水位出現(xiàn)回升直到最后穩(wěn)定。

（4）支撐軸力隨著基坑開(kāi)挖深度增加而增大，在基坑底板澆筑完成后支撐軸力逐漸穩(wěn)定，其中第2、第3 層混凝土支撐軸力明顯大于其它層鋼支撐，分別約為支撐軸力設(shè)計(jì)值的63%和31%。