多種支護模式下基坑監測數據處理與分析★

李 旭,鄭少強,佟慶偉,繩 虎

(中國核工業二四建設有限公司，江蘇 徐州 221000)

0 引言

隨著城市建設的快速發展，基坑支護結構多樣化，同時考慮到城市建設用地的局限性等因素，基坑監測結果可以很好地反映基坑工程的穩定性。目前，不同支護模式下基坑圍護結構變形特征及檢測方法正在進一步研究中[1-2]。李芒原等[3]采用BIM+3D激光掃描技術、Wu等[4]采用無人機圖像，Li等[5]采用錨索軸力監測系統以及賀勃濤[6]采用三維激光掃描儀對基坑工程監測技術進行創新；江毅[7]、尹利潔等[8]、龍林[9]、劉軍[10]、劉志剛[11]、胡化剛[12]、侯亞彬[13]、熊宗喜等[14]分別對廣州、蘭州、長沙、鄭州、上海等地區基坑支護結構監測結果進行分析；王登杰等[15]基于距離收斂對坡頂水平位移進行分析；彭祥國等[16]結合紅谷隧道工程對信息化施工條件下深基坑監測結果進行分析。

本文以徐州某項目基坑工程為例對多種組合支護模式結構進行研究，對樁頂水平和豎向位移、立柱豎向位移進行了監測以及監測結果分析，研究相關異常值現象成因及變化趨勢，研究了不同支護模式對基坑整體穩定影響及變化規律。

1 工程概述

1.1 工程概況

本工程位于徐州市泉山區，基坑設計安全等級為一級，監測點及基坑支護平面圖見圖1。

本工程場地總用地面積40 318.285 m2，現場車庫基坑挖深8.6 m，主樓基坑挖深9.05 m，基坑設計等級為一級，抗震設防類別為丙級。

1.2 工程地質及水文地質條件

該工程場地所處的地貌單元類型為廢黃河高漫灘地貌單元，該場地現為平地，地形總體上較為平緩。場地地面標高最大值42.42 m，最小值39.51 m，地表相對高差2.91 m。

根據勘察并結合區域地質資料，該工程主要土層均屬第四系沉積物，土體參數見表1。

表1 典型土層特征參數

1.3 基坑支護設計方案

該工程基坑支護安全等級為一級，使用年限12個月，根據該場地的工程地質水文條件及挖深情況，該項目基坑采用800 mm,1 000 mm鉆孔灌注樁+一道鋼筋(角撐)以及SMW工法+內支撐(角撐)，三軸攪拌樁止水的組合支護模式，并按不同段劃分，基坑支護的BIM三維模型如圖1所示。典型的三種支護模式中AB,CD,FGH為代表的SMW工法樁+內支撐；以DEF,IJKMN,XY為代表的雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁；以及以YZA為代表的雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁。三種典型的基坑支護如圖2所示。

2 基坑圍護結構監測方案

本工程基坑開挖深度深、面積大、邊長長、周邊環境復雜，必須借助監測手段保證工程穩定安全。對樁頂水平和豎向位移、立柱豎向位移進行監測，實時了解基坑支護體系的實際狀態，確保基坑工程施工安全，同時得到實時變形情況和對周邊環境的影響。監測項目監測點、監測控制指標如表2所示。主要測點按區段劃分，布置平面示意圖如圖1所示。

表2 監測項目及監測點

2.1 監測儀器與觀測要求

2.1.1 樁頂水平和豎向位移

圍護體系中冠梁的水平位移和豎向位移可以控制每個結構類型斷面處變形情況。水平位移觀測根據一級基坑監測的要求按變形監測一級精度進行測量。監測儀器為萊卡TS60全站儀，標稱精度0.5″，觀測點的坐標中誤差為1.0 mm。本項目圍護樁頂水平iyiwe監測按實際情況采用小角法進行量測。

豎向位移采用按照變形測量一級技術要求進行幾何水準測量，監測儀器為美國天寶Trimble Dini03電子水準儀，條碼銦鋼水準尺，標稱精度0.3 mm/km。

監測點埋設方式如下：

水平位移與豎向位移監測點共用，監測點設置為冠梁每隔20 m布置1個點，共43個監測點，采用強制對中標志，對應的編號為C1～C43。

2.1.2 立柱豎向沉降位移

立柱豎向位移按照變形測量一級技術要求進行幾何水準測量，監測儀器為美國天寶Trimble Dini03電子水準儀，條碼銦鋼水準尺，標稱精度0.3 mm/km。

該項目結合實際情況，基坑支護監測體系中立柱豎向沉降位移點為8個，編號為LZ1～LZ8。

2.2 監測指標

該項目基坑支護監測工程中監測項目監測點、監測控制指標如表2所示。

3 基坑監測數據分析

3.1 樁頂位移

3.1.1 累計水平位移

經過對不同支護模式的周邊監測點的長期數據進行分析，得到不同段的累計水平位移的結果，如圖3所示。后文將以具有代表性的分段進行分析。

1)SMW工法+內支撐。

由圖3(a)可以看出，在SMW工法+內支撐的支護模式下，以AB,CD段為代表，累計水平位移變化趨勢可以分為四個階段。第一階段節點為2021年1月17日，第16次檢測，該過程緩慢增長；第二階段節點為2021年2月6日，第34次檢測，該過程增長迅速；第三階段節點為2021年4月15日，第68次檢測，該過程增長相比第二階段增速減緩；第四階段節點為2021年4月16日之后，先經過一段時間的快速增長，最后趨于穩定。該現象由于土體沉降不均勻及開挖荷載變化所致。四個階段累計位移值均為正值，說明樁頂逐漸向坑內側偏移，最大偏移值為21.2 mm，監測點為C7，超過監測報警值，小于總允許值。這是由于該監測點周圍出現建筑物材料堆載，并且處于長期大車行駛道路，致使坑側荷載值超過設計荷載，坑側壓力增大，水平位移嚴重增大。

2)三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁。

由圖3(b)和圖3(c)可以看出，在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下，以BC，JKMN段為代表，累計水平位移總體變化趨勢和AB，CD段相同，分為四個階段：第一階段緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段，BC段趨于穩定，JKMN段依舊保持較快增長速度；第四階段，BC段緩慢增長，JKMN段依舊保持較快增長速度。BC段最大偏移值為26.9 mm，監測點為C3，超過監測報警值，小于總允許值。JKMN段累計水平最大值為18.3 mm，小于預警值，安全。這是由于BC段為工程正門前道路，來往的大車較多，JKMN段為小路，車流量少，對應荷載少。BC段坑側荷載值超過設計荷載，水平位移嚴重增大。

3)三軸攪拌樁+雙排鉆孔灌注樁。

圖3(d)～3(f)是在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下的再細分。HI段為最初早期基坑開挖，NOPQV段為10號樓商業，YZA段加上了內支撐。

HI段的累計水平位移可以分為兩個階段，2021年4月26日 前的快速增長階段和之后的相對緩慢增長階段。HI段累計水平最大值為9.2 mm，小于預警值，安全。NOPQV段為后開挖，整體呈逐漸增大趨勢，沒有明顯的分界線。NOPQV段累計水平最大值為11.8 mm，小于預警值，安全。YZA段為單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內支撐，整體趨勢與AB，CD段相同，第一階段緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩定。YZA段累計水平最大值為17.6 mm，小于預警值，安全。

4)綜合對比分析。

從圖3可以發現，不同支護模式下樁頂水平位移總體趨勢是逐漸增加的，即向基坑內側偏移。對比幾種支護模式位移變形情況，可以看出SMW工法+內支撐以及單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內支撐的樁頂水平位移總量最大，雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁次之，單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁最少。此外，累計水平位移受外界環境影響較為顯著，特別是BC段和CD段，存在長期車輛荷載。

3.1.2 累計豎向位移

與累計水平位移不同分段相對應，累計豎向位移的結果如圖4所示，取具有代表性的分段進行分析。

1)SMW工法+內支撐。

由圖4(a)可以看出，與累計水平類型，在SMW工法+內支撐的支護模式下，以AB，CD段為代表，累計豎向位移變化趨勢可以分為四個階段：第一階段累計豎向位移絕對值緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩定。四個階段累計位移值均為負值，說明樁頂在逐漸沉降，最大沉降值為11.08 mm，小于監測報警值。

2)三軸攪拌樁+雙排鉆孔灌注樁。

由圖4(b)和圖4(c)可以看出，在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下，以BC，JKMN段為代表，累計水平位移總體變化趨勢和AB，CD段相同，分為四個階段：第一階段累計豎向位移絕對值緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩定。其中，BC出現一個奇異值，這是由于2021年1月28日左右進行了基坑開挖，土壓力變小，導致基坑豎向位移上升。BC段累計沉降最大值為11.72 mm，小于監測預警值。JKMN段累計沉降最大值為12.12 mm，小于預警值。

3)三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁。

與累計水平位移分段劃分相同，圖4(d)～圖4(f)是在三軸攪拌樁和雙排鉆孔灌注樁的支護模式下的再細分。HI段為最初早期基坑開挖，NOPQV段為10號樓商業，YZA段加上了內支撐。

HI段的累計豎向位移變化規律與累計水平位移變化趨勢相同，可以分為兩個階段，2021年4月26日前的沉降快速增長階段和之后的相對緩慢增長階段。HI段最大沉降值為4.36 mm，小于監測報警值。NOPQV段為后開挖，整體沉降量呈逐漸增大趨勢，沒有明顯的分界線。NOPQV段累計沉降最大為6.72 mm，小于預警值。YZA段整體趨勢與AB，CD段相同，最大沉降值為10.05 mm，小于監測預警值。

4)綜合對比分析。

從圖4可以發現，不同支護模式下樁頂累計豎向位移絕對值除了NOPQV段，其余支護模式的總體趨勢相同，可分為四個階段：第一階段累計豎向位移絕對值緩慢增長；第二階段增長迅速；第三階段增長相對較慢；第四階段先快速增長，最后趨于穩定。對比幾種支護模式沉降變形情況，可以看出SMW工法+內支撐以及單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內支撐的樁頂累計沉降總量絕對值最大，但也遠小于預警值；雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁的模式下次之，單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁的模式下最少。NOPQV段豎向沉降曲線變化規律相對單一，不存在顯著的分段變化。

3.2 立柱豎向位移

經過對不同支護模式的周邊監測點的長期數據進行分析，得到不同段的立柱豎向位移的結果，如圖5所示，按內支撐位置劃分。

3.2.1 AB,CD,FGH段

AB,CD,FGH段為SMW工法+內支撐，累計立柱豎向位移曲線如圖5(a)所示。AB,CD,FGH段立柱豎向位移變化趨勢相同，可分為三個大的階段：

第一階段節點為2021年1月20日，第17次檢測，該過程負增長；第二階段節點為2021年1月22日，第19次檢測，該過程急速增長；第三階段節點為2021年1月22日之后，立柱豎向位移曲線呈波浪形，趨于穩定。最大偏移值為8.52 mm，監測點為LZ8，遠小于監測報警值。

3.2.2 YZA段

YZA段為三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁+內支撐，累計立柱豎向位移曲線如圖5(b)所示，累計立柱豎向位移變化趨勢與AB,CD,FGH段完全一致。第一階段負增長，第二階段急速增長，第三階段呈波浪形，趨于穩定。最大偏移值為10.79 mm，監測點為LZ4，遠小于監測報警值。YZA段內LZ3，LZ4和LZ5趨勢基本一致，豎直相差較大，基坑時空效應明顯。

3.2.3 綜合對比分析

從圖5可以發現，不同支護模式下累計立柱豎向位移趨勢相同，分為三個階段：第一階段負增長；第二階段急速增長；第三階段呈波浪形，趨于穩定，均遠小于預警值。

4 結論

本文通過徐州某項目基坑工程中監測數據，對SMW工法樁+內支撐、三軸攪拌樁+單排鉆孔灌注樁、三軸攪拌樁+雙排鉆孔灌注樁等多種組合支護模式結構進行研究分析，得到以下結論：

1)不同支護模式下樁頂累計水平位移總體趨勢相同，可以分為四個階段：第一階段增長緩慢；第二階段增速顯著；第三階段增長相對較緩；第四階段先顯著增長，最后趨于穩定。

2)不同支護模式下立柱累計豎向位移趨勢相同，可分為三個階段：第一階段負增長，第二階段急速增長，第三階段呈波浪形，趨于穩定。

3)SMW工法+內支撐以及單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+內支撐的樁頂水平、豎向位移總量最大，雙排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁次之，單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁最少。

4)內支撐可有效減少圍護樁變形。

5)各種支護模式均易受周邊荷載影響。