建筑工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

1 引言

在對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中， 雖然設(shè)計(jì)人員會(huì)結(jié)合前期的勘察數(shù)據(jù)對(duì)深基坑的支護(hù)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)， 但是由于土層具備顯著的復(fù)雜性與離散性， 導(dǎo)致前期勘探數(shù)據(jù)無(wú)法完整地展現(xiàn)出土層的全部情況。 土層取樣過(guò)程中，必然會(huì)對(duì)土體造成擾動(dòng)，加之試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的誤差，導(dǎo)致勘察數(shù)據(jù)與土層的實(shí)際情況存在一定的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載設(shè)計(jì)、土方開(kāi)挖與實(shí)際情況存在較大的偏差。 整體而言，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力值與實(shí)際施工狀況基本上很難保持一致。 因此，在開(kāi)挖深基坑以及支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中， 施工單位應(yīng)該加大對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)力度，第一時(shí)間掌握土層、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化狀況，同時(shí)觀測(cè)附近建筑物、地下管線的變形及位移狀況，然后對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比分析，如若二者之間的偏差過(guò)大，可以采取必要的防護(hù)措施，保證深基坑開(kāi)挖過(guò)程中的安全性與穩(wěn)定性，為施工人員提供安全保障。

2 工程概況

本文以某建筑工程中的深基坑施工項(xiàng)目作為研究案例，屬于是城區(qū)商業(yè)辦公樓，建筑物的層數(shù)設(shè)計(jì)為44 層，建筑層高設(shè)計(jì)為187.50 m。 建筑物使用的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)形式使用的是樁基礎(chǔ)。 該項(xiàng)目中設(shè)計(jì)有3 層地下室，地下室的底面標(biāo)高設(shè)計(jì)為-9.55 m、 底板的厚度設(shè)計(jì)為0.80 m、墊層的厚度設(shè)計(jì)為0.10 m。該項(xiàng)目的基坑面積約為5 190.32 m2，基坑的周長(zhǎng)約為288.37 m。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)的基本原則為保證支護(hù)結(jié)構(gòu)具備良好的安全性與穩(wěn)定性，保證附近建筑物、地下管線的安全性，同時(shí)應(yīng)該滿足經(jīng)濟(jì)性、可行性要求，并符合現(xiàn)行管理規(guī)范的基本要求，施工便捷，提高施工效率，縮短施工工期。

結(jié)合該項(xiàng)目基坑開(kāi)挖過(guò)程中的實(shí)際情況、 施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、基坑附近的環(huán)境，本工程各支護(hù)剖面采用“φ850 mm三軸攪拌樁+樁間旋噴樁” 止水帷幕形式、“支護(hù)樁+ 三道鋼筋混凝土角撐”支護(hù)形式。

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

使用測(cè)斜儀對(duì)深基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)、 邊側(cè)土體的側(cè)向深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)； 使用高精度全站儀建立三維坐標(biāo)對(duì)支護(hù)樁頂度水平、豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)；使用埋設(shè)在鋼筋混凝土內(nèi)的應(yīng)力傳感器進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

4.1 測(cè)點(diǎn)布置

1）樁頂部位的水平位移與沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)。 沿著基坑四周按照20 m 的間隔在基坑的兩側(cè)鉆孔樁上布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)鉆孔樁的沉降與水平方向位移進(jìn)行觀測(cè)，總計(jì)需要設(shè)置15 個(gè)斷面。

2）樁身水平位移觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)。 沿基坑四周按照30 m 的間隔在基坑兩側(cè)的鉆孔樁上安裝測(cè)斜管， 用來(lái)觀測(cè)鉆孔樁的變形狀況，總計(jì)需要設(shè)置測(cè)斜孔的數(shù)量為10 個(gè)，為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性與有效性， 可以將側(cè)斜管的長(zhǎng)度設(shè)置為與鉆孔樁的長(zhǎng)度一樣，但是測(cè)斜管的頂部應(yīng)該高于冠梁20 cm，將測(cè)斜管固定在鋼筋上，不得出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象[1]。

3）混凝土支撐軸力測(cè)點(diǎn)布設(shè)。 對(duì)各主要混凝土支撐梁的監(jiān)測(cè)截面宜選擇在兩支點(diǎn)間的1/3 部位， 并避開(kāi)節(jié)點(diǎn)位置，總計(jì)需要布設(shè)5 個(gè)斷面。

4.2 監(jiān)測(cè)方法

4.2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置

1）基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置：應(yīng)設(shè)置在基坑開(kāi)挖深度的3 倍范圍外且穩(wěn)定的地方，應(yīng)避開(kāi)交通干道主路、地下管線、河岸、滑坡地段以及其他可能使標(biāo)志容易腐蝕和破壞的地方， 利用鉆機(jī)鉆孔至基巖面后，安裝保護(hù)管后，再鉆至預(yù)定深度，然后清孔倒入適量混凝土，隨后安裝芯管。

2）深埋式基準(zhǔn)點(diǎn)的詳細(xì)情況如圖1 所示。

圖1 深埋式基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置示意圖（單位：m）

4.2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平、豎向位移監(jiān)測(cè)

（1）部位：支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部。 （2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)：將其設(shè)置在支護(hù)樁的頂部或是冠梁上， 可以使用膨脹螺絲將角鐵加固在冠梁表面，同時(shí)在角鐵表面粘貼反光貼，如若基坑的頂部為土體時(shí)，那么鋼筋插入的深度則不得小于50 cm。（3）測(cè)量方法及計(jì)算： 使用二等導(dǎo)線網(wǎng)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平方向位移與豎向位移進(jìn)行觀測(cè)。 外部測(cè)量活動(dòng)則可以使用萊卡全站儀進(jìn)行觀測(cè)。①觀測(cè)要求可以參照表1 中信息。 ②使用極坐標(biāo)法或是小角度法對(duì)基坑的水平方向位移進(jìn)行觀測(cè)。 使用導(dǎo)線測(cè)量或是后方交會(huì)方法對(duì)工作基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。 在使用極坐標(biāo)法或是小角度法進(jìn)行觀測(cè)活動(dòng)時(shí)， 需保證全站儀具備較高的精準(zhǔn)度[2]。 （4）測(cè)量?jī)x器：高精準(zhǔn)度的全站儀。

表1 水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的主要技術(shù)要求

4.2.3 鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)

1）部位：混凝土支撐梁。

2）鋼筋測(cè)力計(jì)埋設(shè)：使用鋼筋應(yīng)力傳感器對(duì)鋼筋的應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感器使用的串聯(lián)安裝方式，采用套筒進(jìn)行連接。 在安裝應(yīng)力計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該逐一將每一條導(dǎo)線有條不紊地整理好，并對(duì)其進(jìn)行加固，而后將導(dǎo)線的編號(hào)標(biāo)記在防護(hù)欄桿上。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)狀況如圖2 所示。

圖2 應(yīng)力計(jì)埋設(shè)示意圖（單位：mm）

3）測(cè)量方法：將準(zhǔn)備好的連接線的兩極與傳感器的導(dǎo)線兩極進(jìn)行連接，監(jiān)測(cè)人員控制讀數(shù)儀，顯示屏?xí)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)， 同時(shí)傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)被記錄在對(duì)應(yīng)的記錄表中。

4）測(cè)量?jī)x器：測(cè)力計(jì)、頻率儀。

4.2.4 鋼支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)

1）部位：鋼支撐梁表面。

2）測(cè)力計(jì)埋設(shè)：使用應(yīng)力傳感器對(duì)鋼支撐的內(nèi)力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感器可以直接與鋼管以并聯(lián)的形式進(jìn)行連接，使用焊接方式對(duì)其進(jìn)行加固。 在安裝應(yīng)力計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該逐一將每一條導(dǎo)線有條不紊地整理好，并對(duì)其進(jìn)行加固，而后將導(dǎo)線的編號(hào)標(biāo)記在防護(hù)欄桿上[3]。

3）測(cè)量方法：將準(zhǔn)備好的連接線的兩極與傳感器的導(dǎo)線兩極進(jìn)行連接，監(jiān)測(cè)人員控制讀數(shù)儀，顯示屏?xí)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)， 同時(shí)傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)被記錄在對(duì)應(yīng)的記錄表中。

4）測(cè)量?jī)x器：測(cè)力計(jì)，頻率儀。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.3.1 樁頂水平位移分析

結(jié)合監(jiān)測(cè)儀器所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)，自基坑開(kāi)挖作業(yè)開(kāi)始， 圍護(hù)結(jié)構(gòu)背側(cè)的土層的應(yīng)力就已經(jīng)開(kāi)始釋放，隨著基坑開(kāi)挖深度的不斷加深，鉆孔樁頂部水平方向的位移隨之增大。 該項(xiàng)目中的基坑開(kāi)挖使用的是分層開(kāi)挖方式，每開(kāi)挖一層，鉆孔樁的位移量會(huì)逐漸增大，且每層的位移量變化幅度比較大，但是在施加支撐以后，鉆孔樁的水平位移量開(kāi)始減緩，這是因?yàn)闃俄敳课坏幕炷两Y(jié)構(gòu)剛度非常大，在經(jīng)過(guò)測(cè)量以后得出樁頂?shù)淖畲笪灰屏繛?.2 mm。 由此可以發(fā)現(xiàn)，在測(cè)量過(guò)程中鉆孔樁的位移量波動(dòng)相對(duì)比較小。

4.3.2 樁身水平位移分析

鉆孔樁樁身部位的水平位移主要是隨著開(kāi)挖的深度不斷加深而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 在開(kāi)挖土方過(guò)程中，樁身水平位移逐漸增大，開(kāi)挖至基底標(biāo)高后，變形基本上趨于穩(wěn)定，累計(jì)最大變形發(fā)生在樁號(hào)CX1-2 位置的7 m 深處， 最大位移量為18.2 mm， 遠(yuǎn)小于最大容許值90 mm， 基坑結(jié)構(gòu)安全。 通過(guò)CX1-2 的樁身水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看到，1 月8日第一層土體開(kāi)挖結(jié)束，此時(shí)圍護(hù)樁整體變形均較小，這是由于大部分樁體仍埋在土體中，產(chǎn)生這樣的情況是合理的，在3月1 日時(shí)，第二層基坑開(kāi)挖完成，這時(shí)的開(kāi)挖深度為9 m，最大位移量為10.2 mm；在3 月10 日時(shí)，基坑開(kāi)挖至13 m 深度部位，這時(shí)的樁體位移量明顯增大；在4 月22 日時(shí)，已經(jīng)開(kāi)挖至基坑底部，開(kāi)挖的深度為17 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到的主動(dòng)土壓力大幅度提高，樁體的最大位移量出現(xiàn)在4 月12 日，單日位移量為4.8 mm，當(dāng)?shù)装宀课坏幕炷翝仓瓿梢院螅装迮c支撐體系能夠在斷面處形成強(qiáng)有力的支撐結(jié)構(gòu)，提高樁身的穩(wěn)定性。樁身側(cè)向變形圖見(jiàn)圖3。 結(jié)合整體情況而言，本文認(rèn)為該項(xiàng)目中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)具備較高的安全性。 結(jié)合施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)來(lái)看，鉆孔樁水平方向的位移量與施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況、基坑的開(kāi)挖深度存在同步性，所以，在實(shí)際施工過(guò)程中，必須對(duì)基坑變形的時(shí)間因素與空間因素予以考慮， 嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程施工，及時(shí)做好支撐，確保施工項(xiàng)目的安全性。

圖3 樁身側(cè)向變形圖

5 結(jié)語(yǔ)

1）鉆孔樁頂部的水平方向位移的每日變化量最大值為3.2 mm/d，最大日變化量出現(xiàn)在第一層土開(kāi)挖過(guò)程中，待第一層內(nèi)支撐完成并形成一定強(qiáng)度后，變形顯著減少，最終的水平位移量達(dá)到13.70 mm， 說(shuō)明鉆孔樁的頂部水平位移在內(nèi)支撐的作用下受到顯著的約束。