深基坑內支撐體系拆除過程中的基坑監(jiān)測要點分析

呂夢然

（廣州廣檢建設工程檢測中心有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

隨著經濟的快速發(fā)展，我國城市的建設規(guī)模日益增大，伴隨著各種先進的地下工程施工技術的發(fā)展，城市地下工程如地鐵、地下綜合管廊、大型地下商場、地下停車場、過江隧道等，其規(guī)模與數量大幅增加，使得深基坑工程也得到了飛速發(fā)展。由于深基坑工程的高風險性的特點，基坑的安全監(jiān)測成為各方關注的重點。

國內外的工程技術專家都對基坑的變形原理做了很多研究，普遍認為深基坑變形主要在于兩個方面：一種是深基坑開挖和支撐的基本過程引起的變形，另一種則是由于相關的施工活動如支撐體系拆除、基礎施工及周邊工程環(huán)境改變等引起的變形。深基坑的主要變形表現為支護結構的位移，周邊地表的沉降及基坑底部土體隆起等，主要原因是基坑土方開挖和支撐體系拆除等施工活動引起的基坑內外產生土壓力差，在土壓力的作用下，支護結構產生向基坑內的水平位移變形和基坑底部土體的隆起，進而引起基坑周邊地表的沉降[1]。本文結合工程實例，闡述深基坑工程的基本工況，基坑監(jiān)測的內容，內支撐體系的分布情況及拆除次序，詳細地分析內支撐體系在拆除階段基坑監(jiān)測數據的變化特點及原因，合理調整拆除次序，可以有效地控制基坑變形，對保障基坑施工與周邊環(huán)境安全有重要指導意義。

1 工程概況

該項目位于廣州市海珠區(qū)龍鳳街道革新路機械廠廠區(qū)新建住宅小區(qū)北面，西隔太古倉路與太古倉碼頭相望，東臨革新路，東南側則與現狀天鵝灣花園相鄰?；訓|側邊線距天鵝灣花園二期住宅（兩層地下室）邊線最短距離為3.8m，天鵝苑二期基礎形式為筏板基礎+樁基礎；基坑南側邊線距天鵝灣花園一期住宅（一層地下室）最短距離為9m，天鵝苑一期基礎形式為樁基礎；基坑西側太古倉路有雨、污水管，距離基坑開挖邊線最短距離為13m。

該項目擬建一幢5 層綜合樓，為框架結構，建筑高度為19.9m，綜合樓范圍下設2 層地下室，地下室深度為8.7m，擬采用筏板基礎形式。基坑開挖深度為9.1m，支護結構周長為220m。根據場地的巖土工程勘察報告，該項目場地地層自上而下分布為人工填土（Q4ml）、第四系沖積層（Q4al）及侏羅系（J）基巖三大類，結合場地周邊的環(huán)境情況，本工程基坑支護結構采用一排直徑1000mm 的旋挖灌注樁支護，設置一道1000mm×1000mm 的鋼筋混凝土內支撐，支護樁間設直徑600mm的雙管高壓旋噴樁作為止水帷幕。

2 基坑監(jiān)測

根據《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》中的基坑設計安全等級、精度要求、基坑周邊環(huán)境及地質條件復雜程度[2]，該項目設置基坑頂部水平、豎向位移監(jiān)測點12個，支護樁深層水平位移監(jiān)測點6 個，地下水位監(jiān)測點7 個，支撐軸力監(jiān)測點10 個，立柱沉降監(jiān)測點10 個，周邊地表沉降監(jiān)測點12 個，周邊建筑物沉降監(jiān)測點16 個，周邊圍墻沉降監(jiān)測點10 個，形成立體監(jiān)測網絡。

3 內支撐拆除方案

根據基坑支護結構體系的設置和變形情況，內支撐體系的拆除應分區(qū)分段進行，遵循“先次要構件，后主要構件”的基本原則，即首先拆除基坑的聯系撐，角支撐，再拆除基坑中部的水平支撐，最后拆除格構柱的順序，結合地下室結構施工進度，充分利用地下室結構的梁板進行換撐作業(yè)。負二層地下室頂板結構完成后，在其后澆帶、中隔墻、汽車坡道、非機動車坡道、預留洞口等位置設置傳力混凝土塊，將原有支撐力逐步均衡地釋放。待地下室結構梁板與傳力混凝土塊經混凝土強度檢測滿足要求時，方可開始進行內支撐拆除作業(yè)，對內支撐體系進行逐區(qū)逐塊拆除[3]。基坑的內支撐拆除時，應選擇基坑監(jiān)測變形數據相對較小的部位開始，避免基坑因內支撐力突然消失而導致基坑周邊變形發(fā)生突變。

該項目基坑周邊的住宅小區(qū)密集，基坑內部作業(yè)空間狹小，不便采用機械破除或爆破拆除的方式，故充分考慮作業(yè)環(huán)保與施工便捷的因素，內支撐體系宜選用靜力切割與人工風鎬結合作業(yè)的拆除方式。靜力切割支撐梁前，需在梁底部搭設腳手架支托，切割完成后，待基坑監(jiān)測數據反饋，無明顯突變后，可將切割下來的梁體吊運走。

4 內支撐拆除期間基坑變形數據分析

該項目基坑監(jiān)測工作自2022 年7 月1 日開始，截至2022 年11 月30 日，基坑完成土方開挖與地下室負二層結構施工，并設置好換撐傳力混凝土。內支撐體系于2022 年12 月2—13 日進行逐塊拆除，拆除順序為：先拆除基坑南側兩端角支撐，再拆除北側兩端角支撐，最后拆除基坑中部的水平支撐期間基坑監(jiān)測頻率為1d 1 次，先對內支撐體系拆除前后的基坑監(jiān)測數據具體對比分析。

4.1 基坑頂部水平位移分析

2022 年7 月1 日—11 月30 日為基坑土方開挖與地下室結構施工階段，基坑四側的頂部水平位移隨土壓力的釋放而向基坑內緩慢增長，在完成基坑土方開挖與地下室底板澆筑后，水平位移變化也逐步趨于穩(wěn)定。在12 月2 日開始對南側兩端角支撐拆除時，基坑工況顯著變化，支護結構受力體系發(fā)生改變，水平位移再次出現明顯增長，至12 月13 日，內支撐體系全部拆除完成，基坑頂部水平位移變化趨于收斂。以基坑南側拆撐區(qū)域的頂部水平位移測點為研究對象，統(tǒng)計基坑土方開挖階段與內支撐體系拆除階段的水平位移增量及日變化速率，具體數據如表1 所示。

表1 不同工況下的基坑頂部水平位移增量與日變化速率

對比統(tǒng)計后的監(jiān)測數據可以得出：①無論是在基坑土方開挖，還是內支撐體系拆除階段，基坑變形都受空間效應的影響，基坑支護結構中部變形大，兩端變形小，而兩端的支護結構在拆撐期間的位移增量比中部監(jiān)測點更大，說明在支護受力過程中，支護結構兩端仍有較大的變形冗余量[4]。②以監(jiān)測點WY8 為例，其頂部水平位移總變形量為16.25mm，內支撐拆除期間的位移增量為8.90mm，約占總變形量的55%，內支撐拆除階段的變形速率遠大于基坑土方開挖階段，體現了內支撐拆除階段的重要性。

4.2 支護樁深層水平位移分析

支護樁深層水平位移能客觀地反映基坑支護結構在深度方向上的變形特征。支護樁深層水平位移的變化在土方開挖期間呈緩慢發(fā)展趨勢，隨著內支撐體系的拆除，變化量迅速增大。CX4 監(jiān)測孔位于基坑短邊，土方開挖完成時，其深層水平位移最大值為9.78mm，位于支護樁埋深3.0m 處，內支撐拆除完成時，其深層水平位移達到最大值為14.49mm，位于支護樁埋深1.0m處；CX5 監(jiān)測孔位于基坑長邊，土方開挖完成時，其深層水平位移最大值為16.32mm，位于支護樁埋深3.0m處，內支撐拆除完成時，其深層水平位移達到最大值為27.91mm，位于支護樁埋深0.5m 處。

支護樁深層水平位移在內支撐拆除過程中的最大位移增量約占總變形量的50%，與基坑頂部水平位移的變化規(guī)律相符。支護樁的變形曲線特征同時還表明，隨著內支撐的拆除，深層水平位移最大值點向支護樁上部移動，而位于開挖面以下的支護樁變形受影響較小。通過對比基坑長、短板支護樁的深層水平位移變形數據，可見基坑長邊的支護樁變形大于短邊，且支護樁頂端的變形約束小于短邊，也證明了基坑長邊的安全風險更大，出現這種現象的原因主要如下：①基坑平面的尺寸效應，基坑長邊整體剛度弱于短邊，更易產生較大變形。②換撐傳力混凝土提供的作用力分散，對支護結構抵抗支撐拆除后產生的卸荷應力作用有限。

4.3 支撐軸力分析

支撐軸力監(jiān)測可以直觀地反映基坑支護結構的受力情況，力值的變化相較基坑變形量而言，時效性更強。根據支撐軸力的變化情況，可以及時調整基坑支護結構形式，合理分配基坑四周的荷載應力，減輕集中荷載效應引起的基坑局部變形突增的情況。該項目在基坑的四側角支撐的主支撐梁上設置7 組支撐軸力監(jiān)測點，設計軸力值為6800kN，中部水平支撐上設置3 組監(jiān)測點，設計軸力值為8500kN。在基坑土方開挖期間，基坑側壁土壓力的作用力下，支撐軸力增長緩慢，截至內支撐體系拆除前，最大支撐軸力值為3844kN，ZCL8 測點，達到設計值的59%，支撐軸力的冗余量仍較為充足。在完成換撐施工后，按基坑西南角、東南角、西北角、東北角，中部對撐的順序依次進行內支撐體系拆除。每一道支撐的拆除會對其他支撐產生很大的影響[5]。每一側角支撐在拆除時，相鄰短邊的角支撐監(jiān)測點的軸力值會明顯上升，而相鄰長邊的角支撐監(jiān)測點的軸力卻有所下降，臨近拆除區(qū)域的水平支撐監(jiān)測點軸力值增量大，而遠離拆除區(qū)域的水平支撐監(jiān)測點軸力值增量小。將基坑短邊作為研究對象，同一基坑側邊的角支撐拆除時，由于受力支點減少，基坑荷載重新分配，傳遞至臨近未拆除的角支撐梁上，引起其軸力值的增大，距離越近，影響效應越強。對基坑支護長邊，支護圈梁相當于一根受力桿件，中部的水平支撐作為支點，在一端角支撐拆除后，其承受的基坑荷載作用于桿件的一端，形成類似“杠桿”的作用，使得角支撐未拆除的另一端產生對基坑側壁的主動土壓力，從而減小了對支撐梁的壓力。水平支撐不僅在基坑土方開挖過程中，承受支護結構中部較大的應力，抵抗基坑變形，同時在內支撐拆除時，合理利用其傳力的作用，可改善內支撐受力的狀況。

4.4 周邊地表沉降分析

基坑內支撐體系拆除之后，支護樁由于沒有支撐體系的約束，樁后土壓力的重新分布，使得支護樁在水平方向上產生向基坑內側的位移，而支護樁體后方的土體也會發(fā)生相應的移動，在豎向上表現為周邊地表的沉降變形。在拆除內支撐體系的前后時間段，對基坑周邊地表沉降變化情況進行監(jiān)測，判斷支撐拆除對周邊環(huán)境的影響程度[6]。以基坑西側的周邊地表沉降點為研究對象，對比內支撐拆除不同時間段的數據變化，分析拆撐施工對周邊地表沉降的時間效應影響，具體觀測數據如表2 所示。

表2 不同時間段周邊地表沉降變化

在內支撐體系拆除期間，周邊地表沉降量未出現明顯增長，沉降變化速率與前期工況相近；在完成拆撐后的第一周，沉降增量較為明顯，沉降變化速率較大，隨著時間的增長，到完成拆撐后的第二周，沉降增量出現下降趨勢，沉降變化速率逐步放緩。支護樁體的側向變形引起周邊土體的移動，這種移動是較為緩慢的，主要受限于地質條件與空間距離，越是靠近基坑拆撐區(qū)域的測點沉降量越大。整體來看，周邊地表沉降的變化動態(tài)稍稍滯后于內支撐拆除時期，但這種“滯后的變化”仍需要加以關注，內支撐拆除施工不僅僅影響基坑支護結構的受力平衡，也會對周邊環(huán)境土體及構筑物帶來顯著改變，在拆撐工作結束后，繼續(xù)延長對周邊環(huán)境的觀測，才能更精準地把握基坑及周邊情況的安全穩(wěn)定動態(tài)。

5 結論

本文以某基坑工程為實例，詳細地分析了內支撐拆除階段中基坑變形監(jiān)測的要點，總結各監(jiān)測參數的變化特性，得出以下結論。

（1）在深基坑內支撐體系拆除階段，基坑頂部水平位移及支護樁深層水平位移的變化規(guī)律與基坑土方開挖階段一致，有明顯的尺寸效應與空間效應，變現為“兩頭小、中間大”“底部小、上部大”，拆撐期間的變形增量約占總變形量的50%，為短期突變增量。

（2）內支撐體系拆除過程中，拆撐的次序對內支撐的受力再平衡影響顯著，根據實時測得的支撐軸力變化值，合理地調整拆撐次序，可有效地削弱支撐缺失后帶來的局部應力集中，減輕剩余支護結構的荷載效應。

（3）周邊環(huán)境的變化滯后于內支撐拆除施工進度，在拆撐施工結束后，周邊環(huán)境的變化仍有明顯發(fā)展，需加以重點關注，以保證周邊環(huán)境的變形安全。