建筑深基坑施工全過(guò)程變形實(shí)測(cè)分析

0 引言

在我國(guó)城市化進(jìn)程中，大量建筑在開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生深基坑，例如高層建筑、超高層建筑、地下停車(chē)場(chǎng)、地下商場(chǎng)等地下空間，深基坑工程的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基坑支護(hù)困難，容易失穩(wěn)。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足，會(huì)導(dǎo)致基坑變形過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致基坑坍塌。因此對(duì)深基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析是保證工程安全的一項(xiàng)重要措施[1]。

目前，基坑工程中常見(jiàn)的變形現(xiàn)象為，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其周邊土體在水平和豎向（沉降）變形、坑底土體隆起[2-3]等。大量學(xué)者對(duì)基坑變形開(kāi)展研究。陶燕麗[4]等對(duì)杭州某超深基坑現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料分析，發(fā)現(xiàn)了基坑支護(hù)結(jié)束后墻體最大位移值保持不變，處于基坑開(kāi)挖深度的0.8倍，但在拆除支護(hù)過(guò)程中，墻體最大側(cè)向位移仍有繼續(xù)小幅度增大，增大量可達(dá)累積側(cè)移量的 10% 。

蕭以蘇[5]對(duì)地鐵車(chē)站的開(kāi)挖變形過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與有限元模型所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)支護(hù)樁、內(nèi)支撐、立柱等的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及模擬結(jié)果都在預(yù)警值內(nèi)，表明采用立柱支護(hù)、鉆孔灌注樁聯(lián)合內(nèi)支撐法在工程實(shí)踐中安全可靠。鄭翔[等依托寧波市雙東路車(chē)站基坑工程，對(duì)基坑施工中地下連續(xù)墻、基坑開(kāi)挖過(guò)程和結(jié)構(gòu)向上施工造成地表以及相鄰建筑的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出在深基坑開(kāi)挖中增設(shè)鋼撐軸力伺服系統(tǒng)，可以降低相鄰建筑物的沉降速度。

基于以上研究成果，本文依托某高層深基坑支護(hù)工程，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中引起的土體水平位移、樁水平位移、錨索軸力以及周邊建筑沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，試驗(yàn)結(jié)果可以為建筑深基坑施工和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1工程概況

某高層建筑深基坑設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高 ±0 按 38m 考慮，基坑底部標(biāo)高為 22～25m ，現(xiàn)場(chǎng)地面標(biāo)高為35.6~37.5m，基坑深度為 12～15m. 。基坑邊上有三棟住宅樓，分別為建筑物1、建筑物2、建筑物3。

采用排樁-錨索組合支護(hù)方式支護(hù)。其中支護(hù)樁的直徑選擇 500～1200mm ，樁距不超過(guò)樁徑2倍，樁的鋼筋采用HRB400、HRB335級(jí)鋼筋，單樁鋼筋布置大于8根，距離大于 60mm 。錨索孔徑為 100～150mm ，豎向間距大于2m ，水平間距大于 1.5m ，傾角為 15～35^° 。基坑周?chē)翆又饕锢韰?shù)如表1所示。

表1基坑周?chē)翆又饕锢韰?shù)

2 監(jiān)測(cè)方案

2.1深層水平位移監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)GB50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]規(guī)定、基坑概況、工程地質(zhì)條件等因素，本次共設(shè)置18個(gè)深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中有14個(gè)土體水平位移監(jiān)測(cè)

點(diǎn)，編號(hào)為T(mén)T1~TT14，4個(gè)支護(hù)樁水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為Z1~Z4。累計(jì)水平位移控制值為 40mm ，變化速率控制值為 2～3mm/d. 0

2.2錨索軸力監(jiān)測(cè)方案

在開(kāi)始施工預(yù)應(yīng)力錨索時(shí)，將錨索測(cè)力計(jì)安裝在有代表性的拉索末端，并在張拉前測(cè)得測(cè)力儀的初頻率，以此為基礎(chǔ)計(jì)算。本次共設(shè)置11個(gè)錨索軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為MS1~MS11。設(shè)計(jì)值為400kN，控制值為設(shè)計(jì)值的75% 。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

2.3周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)方案

深基坑開(kāi)挖會(huì)對(duì)臨近建筑物或構(gòu)筑物、管線等造成不良影響，其表現(xiàn)為臨近路面，建（構(gòu)）筑物及管道發(fā)生不均勻沉降或破壞。根據(jù)基坑周邊環(huán)境，本次共設(shè)置12個(gè)建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為JZ1~JZ12。累計(jì)沉降控制值為 30mm ，變化速率控制值為 2～3mm/d 。周邊建筑物沉降測(cè)點(diǎn)如圖1所示。

圖1監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 深層水平位移

3.1.1土體深層水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

為了對(duì)深基坑開(kāi)挖過(guò)程中的土體水平位移變化規(guī)律有直觀的認(rèn)識(shí)，選取TT5監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究在不同施工階段測(cè)點(diǎn)的水平位移變化情況。TT5深層水平位移曲線如圖2所示。

從圖2中可以看到：在2月，測(cè)點(diǎn)值構(gòu)成的曲線類(lèi)似線性分布，觀測(cè)點(diǎn)最大的水平位移 2mm 左右；在3-5月，土體的水平位移逐漸增大，最大水平位移發(fā)生在地表處；在6一8月，土體深層的水平變形增大，水平位移隨深度方向逐漸減小，土體水平位移曲線呈現(xiàn)出一種逐漸向基坑內(nèi)彎曲的趨勢(shì)；在9月，觀測(cè)點(diǎn)的水平位移曲線在深部有明顯的變形，最大位移距離地面2m左右。

3.1.2監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

從不同施工階段分析，3月為深基坑首次開(kāi)挖。由于土體處于懸臂狀態(tài)，土體深層位移會(huì)逐步增加，上半部分土體水平位移迅速發(fā)展，最大位移發(fā)生在地表處，水平位移沿深度方向逐漸降低，此時(shí)土層的位移曲線可近似為一條前傾的直線。

圖2TT5深層水平位移曲線

6月為深基坑土體第二次開(kāi)挖，土體的水平位移逐漸增加，此時(shí)基坑錨索預(yù)應(yīng)力張拉完畢，由于錨索及腰梁等因素的影響，上部土體的水平位移發(fā)展速度明顯低于錨索下方某一區(qū)域的水位移發(fā)展速度，因而水平位移沿深度方向呈逐步減小的趨勢(shì)，深層水平位移曲線呈現(xiàn)出一種逐漸向基坑內(nèi)彎曲的趨勢(shì)。

9月時(shí)基坑已開(kāi)挖完畢，觀測(cè)點(diǎn)的水平位移在錨索的作用下向坑體內(nèi)產(chǎn)生了不同程度的撓曲，水平變形最大值發(fā)生地表附近。

3.2樁水平位移

樁身測(cè)點(diǎn)有4個(gè)，選取Z1測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖3為不同時(shí)期其水平位移圖。從圖3可以看到：在3月，基坑第一次開(kāi)挖，樁水平最大位移在樁頂，最大位移2.5mm左右。在6一8月，基坑第二次開(kāi)挖，樁的位移隨著深度增加逐漸減小，位移曲線圖類(lèi)似一條前傾的直線，樁的水平位移比第一次開(kāi)挖大，最大位移依然在樁頂。在9月，基坑開(kāi)挖完成，此時(shí)深層土體的水平位移仍在增加，樁頂處為最大位移點(diǎn)。

圖3Z1水平位移曲線

3.3錨索軸力檢測(cè)結(jié)果

錨索軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)共11個(gè)，選取MS1~MS3監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖4為錨索MS1、MS2、MS3的軸力隨時(shí)間變化曲線。

圖4錨索MS1~MS3的軸力隨時(shí)間變化曲線

從圖4可以看到：錨索開(kāi)始會(huì)進(jìn)行鎖定，此時(shí)錨索MS1、MS2的荷載分別為170kN和 200kN ，且曲線剛開(kāi)始就有明顯下降。這是由于鎖定后導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力有所損失。但是隨著基坑開(kāi)挖卸荷，錨索預(yù)應(yīng)力逐漸增加，然后逐漸穩(wěn)定，錨索MS1、MS2最終拉力值分別穩(wěn)定在150kN和 240kN 左右。錨索MS3鎖定荷載為231kN，鎖定后曲線下降較少，預(yù)應(yīng)力損失較少，最終拉力值穩(wěn)定在201kN左右。

3個(gè)錨索在鎖定時(shí)出現(xiàn)一定拉力損失，最大損失率為 43% 。鎖定損失發(fā)生較快，在回油的那一刻張拉千斤頂會(huì)發(fā)生收縮，鋼絞線的回縮量直接影響到預(yù)應(yīng)力的損耗，這與錨具、夾具設(shè)備和施工技術(shù)有關(guān)，基于此在施工過(guò)程中，要注意將鎖定損失降到最低。

3.3周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)共12個(gè)，選取JZ1~JZ6監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖5為JZ1~JZ6監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)期的沉降量。

從圖5可以看到，沉降曲線劃為3個(gè)不同階段：第一階段為平穩(wěn)階段，在基坑為開(kāi)挖時(shí)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降曲線相對(duì)平緩，沉降速率緩慢，沉降量較小；第二階段為快速階段，這一階段為基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)下降明顯，沉降量大且速度快；第三階段為緩慢階段，在這一階段基坑的開(kāi)挖基本結(jié)束，測(cè)點(diǎn)曲線沉降變得平緩，沉降增量較小，沉降逐步穩(wěn)定。

圖5JZ1~JZ6監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值隨時(shí)間變化曲線

從圖5還可以看到，監(jiān)測(cè)點(diǎn)JZ2和JZ5的曲線出現(xiàn)了突變，沉降值在短期內(nèi)急劇增加。根據(jù)工程實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行了分析，得出了其產(chǎn)生的原因如下：在錨桿鉆孔時(shí)，對(duì)測(cè)點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)所在的建筑樁基造成破壞，使建筑地基一端失去了支撐，從而產(chǎn)生了很大沉降。

4結(jié)論

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足，會(huì)導(dǎo)致基坑變形過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致基坑坍塌。本文依托某高層建筑深基坑支護(hù)工程，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中引起的土體水平位移、樁水平位移、錨索軸力以及周邊建筑沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，得到如下結(jié)果：

1）在深基坑開(kāi)挖初期，深層土體水平位移曲線近似直線，最大位移出現(xiàn)在近地面處，水平位移 2mm 左右，基坑開(kāi)挖深度的增大，曲線形狀類(lèi)似“弓形”，且最大位移從上往下遞減。樁底部不發(fā)生沉降，最大變形在樁頂，呈現(xiàn)形式為“前傾型”。

2）錨索鎖定后會(huì)造成損失，損失率最大為 43% ，此后軸向力逐漸趨于平穩(wěn)。

3）深基坑周?chē)ㄖ某两悼煞譃槠椒€(wěn)階段、快速階段和緩慢階段三個(gè)階段，每個(gè)期都與基坑的施工進(jìn)程相對(duì)應(yīng)，其沉降量與建筑、基坑之間的距離有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1]基坑工程施工監(jiān)測(cè)規(guī)程:DG/TJ08—2006.[S]北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]張陳蓉，俞劍，黃茂松，等.基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地下管線影響的變形控制標(biāo)準(zhǔn)巖[J].巖土力學(xué)，2012，33(7):2027-2034.

[3]尹盛斌，丁紅巖.軟土基坑開(kāi)挖引起的坑外地表沉降預(yù)測(cè)數(shù)值分析[J].巖土力學(xué)，2012，33(4):1210-1216.

[4]陶燕麗，陳康，朱劍鋒，等.密集建筑區(qū)超深基坑施工全過(guò)程環(huán)境變形實(shí)測(cè)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2024，20(3):969-977.

[5]蕭以蘇.地鐵深基坑施工全過(guò)程變形規(guī)律研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2023，(11):124-129.

[6]鄭翔，湯繼新，成怡沖，等.軟土地區(qū)地鐵車(chē)站深基坑施工全過(guò)程對(duì)鄰近建筑物影響實(shí)測(cè)分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51(10):128-134.

[7]建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB50497-2019[S]北京：中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2019.