武漢某基坑支護(hù)工程施工監(jiān)測(cè)分析

王建筱, 范 然, 李光誠(chéng)

(湖北省城市地質(zhì)工程院,湖北 武漢 430072)

為將基坑施工過(guò)程中地表位移和變形量盡可能的降到最小,并減少基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境設(shè)施以及建筑物產(chǎn)生的不利影響,需要對(duì)潛在的移動(dòng)和變形做出正確的預(yù)測(cè)和估計(jì),從而據(jù)此選擇最適宜的施工方案和技術(shù),并制定完善的措施積極應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的狀況,也可通過(guò)調(diào)整施工工藝或者修改設(shè)計(jì)參數(shù),將差錯(cuò)減小到最小[1]。因此,只有在深基坑的施工過(guò)程中,對(duì)基坑周?chē)耐馏w、支護(hù)結(jié)構(gòu)以及相鄰的構(gòu)筑物進(jìn)行系統(tǒng)全面的監(jiān)測(cè),對(duì)周邊環(huán)境的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的把控,才能對(duì)基坑工程本身的情況有徹底的了解,才能保證工程順利安全的進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是基坑施工全工程沉降變化的客觀反映,也是人們認(rèn)識(shí)基坑沉降變形特點(diǎn)的有效途徑。當(dāng)通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常情況時(shí)應(yīng)及時(shí)將存在的問(wèn)題進(jìn)行反饋并分析原因,積極采取相應(yīng)的工程應(yīng)急措施,以確保工程安全順利進(jìn)行。

1 工程概況

東湖城K4地塊位于武漢市洪山區(qū)團(tuán)結(jié)大道以南鐵機(jī)汽車(chē)展銷(xiāo)中心征地范圍內(nèi)?；幽媳遍L(zhǎng)約130.58 m,東西寬約74.33～96.00 m,周長(zhǎng)約462 m,地下室開(kāi)挖面積約12 874 m2,開(kāi)挖深度9.6～10.0 m。

基坑北側(cè)為4S店停車(chē)場(chǎng),東臨4S店,南為拆遷空地,西與正施工的另一工地相接。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)較平坦,場(chǎng)地整平標(biāo)高為20.80 m,地貌單元屬長(zhǎng)江I級(jí)階地。本場(chǎng)地在勘探深度59.5 m范圍內(nèi)所分布的地層除表層分布有0.5～3.2 m厚(1-1)層素填土(Qml)、0.5～2.0 m厚(1-2)層淤泥(Ql)外,其下為第四系全新統(tǒng)沖積成因(Q4al)的粘性土及砂土,下伏基巖為白堊系—下第三系(K-E)粉砂質(zhì)泥巖、砂礫巖。典型地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1。

2.2 水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地下水主要包括賦存于(1-1)層素填土中的上層滯水及下部砂土層中的承壓水。上層滯水水位、水量隨季節(jié)變化,主要受大氣降水、生活排放水滲透補(bǔ)給,穩(wěn)定水位埋深0.6～1.7 m;承壓水位埋深為5.8 m,承壓水水頭高度年變幅為3.0～4.0 m。因被(2)、(3)層阻隔與上層滯水無(wú)水力聯(lián)系。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

3.1 方案設(shè)計(jì)

依據(jù)有關(guān)規(guī)范[2-3],根據(jù)地質(zhì)條件及周邊環(huán)境情況,確定本基坑工程安全重要性等級(jí)為一級(jí),典型支護(hù)剖面見(jiàn)圖2、圖3。參考武漢常用基坑支護(hù)形式與經(jīng)驗(yàn),關(guān)于基坑支護(hù)方法的選擇考慮如下:

(1) 本工程擬建二層地下室,基坑開(kāi)挖9.60～10.00 m,深度較大,周邊距紅線(xiàn)較近,坑壁土層軟弱,不能采用錨桿(索),也不具備雙排樁的布置空間,為控制變形,采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)是較成熟的方法。

圖1 典型地質(zhì)剖面圖Fig.1 Typical geological profile

圖2 典型支護(hù)剖面圖1Fig.2 Typical cross section of excavation 1

(2) 支撐豎向位置選擇:由于支護(hù)樁與紅線(xiàn)間可用空地局限,且需布置現(xiàn)場(chǎng)施工道路,因此西側(cè)支護(hù)樁樁頂勢(shì)必抬到地面附近;北側(cè)與東側(cè)因放坡距離不足,也需抬升樁頂?shù)降孛娓浇?只有基坑南側(cè)存在樁頂放坡的空間。若在樁頂設(shè)冠梁處架設(shè)支撐,則支撐與坑底距離過(guò)大,造成樁身彎矩大,支護(hù)樁樁徑和配筋同樣會(huì)較大,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)浪費(fèi),因此選擇設(shè)置腰梁布支撐的方案,基坑西側(cè)、北側(cè)與東側(cè)腰梁和支撐設(shè)于地面下2.3 m處,南側(cè)配合樁頂放坡,樁頂下落,不設(shè)腰梁,支撐支于冠梁。支護(hù)結(jié)構(gòu)受力較理想。

圖3 典型支護(hù)剖面圖2Fig.3 Typical cross section of excavation 2

(3) 支撐平面布置:基于主樓關(guān)鍵線(xiàn)路的工期考慮,支撐平面上盡量避讓主樓,南邊支撐不夠的區(qū)段,設(shè)雙排樁支護(hù)予以加強(qiáng)。

(4) 豎向止水帷幕:擬采用雙排單軸攪拌樁作止水帷幕。

綜上所述,支護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土支撐的支護(hù)形式,部分區(qū)段為雙排樁支護(hù),雙排單軸攪拌樁作止水帷幕。

3.2 理論分析

采用彈性抗力計(jì)算法對(duì)各剖面進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果顯示基坑水平位移在20～36 mm之間,被動(dòng)區(qū)最小抗力安全系數(shù)均≥1.2,滿(mǎn)足規(guī)范要求,可證明此設(shè)計(jì)方案可滿(mǎn)足基坑使用要求,理論計(jì)算方面是安全可靠的。

4 監(jiān)測(cè)方案

4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求[4],本基坑按一級(jí)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè),確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括:基坑地表沉降、基坑周邊建筑物沉降、臨近基坑高壓電塔沉降、立柱沉降、冠梁沉降、支護(hù)樁頂水平位移、支撐軸力、支護(hù)樁測(cè)斜監(jiān)測(cè)等。本文選取支護(hù)樁頂水平位移、支護(hù)樁深層水平位移、臨近基坑高壓電塔沉降,支撐軸力四個(gè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

從土方開(kāi)挖至回填結(jié)束,對(duì)基坑及周邊建筑物監(jiān)測(cè)進(jìn)行了全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息化施工,監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置見(jiàn)圖4。

圖4 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖Fig.4 Layout of monitoring points

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2017年5月22日開(kāi)始土方開(kāi)挖,自此對(duì)基坑進(jìn)行了初始監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)于8月16日結(jié)束。9月25日地下室底板全部澆筑完成,之后逐步拆除部分支撐,并于11月6日完成全部拆撐工作,11月12日完成地下室回填。

通過(guò)獲取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),選取典型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證支護(hù)方案的合理可行。

5.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測(cè)

選取S3、S8、S13、S17、S21、S24六個(gè)典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖5所示。

圖5 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移變化曲線(xiàn)圖Fig.5 Curve of horizontal displacement at the top of supporting structure

由圖5可知,隨著基坑的不斷開(kāi)挖,支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移變化整體上呈增長(zhǎng)趨勢(shì),8月13日前各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化量差距較小,之后差距逐漸變大,11月11日出現(xiàn)最大位移值17 mm,根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)記錄可知,11月6日完成了混凝土支撐的全部拆除,由此可以說(shuō)明基坑開(kāi)挖對(duì)周邊土層水土壓力的改變需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間[5],同時(shí)支撐的設(shè)置與拆除對(duì)基坑整體受力狀態(tài)起到重要的影響。支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力是隨著開(kāi)挖進(jìn)程逐步形成,又隨著支撐的設(shè)置而產(chǎn)生受力狀態(tài)的改變?；?xùn)|側(cè)外有構(gòu)筑物,荷載較大,S3與S8均位于此側(cè),相對(duì)其他監(jiān)測(cè)點(diǎn),位移值較大。

5.2 深層水平位移監(jiān)測(cè)

深層水平位移監(jiān)測(cè)是考察支護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀況的重要指標(biāo)。根據(jù)CX11監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果,繪制水平位移變化曲線(xiàn)(見(jiàn)圖6)。2017年6月24日,最大水平位移值為1.39 mm,出現(xiàn)在-5 m深度處,8月31日與9月21日,在地表下1～2 m處位移量為負(fù)值,略有異常。11月12日在-4 m處出現(xiàn)最大水平位移值9.01 mm。此變化趨勢(shì)與施工工況有關(guān),-3.1 m處設(shè)置支撐后,支撐力較大推動(dòng)基坑外移,負(fù)值產(chǎn)生,9月25日開(kāi)始逐步拆除支撐,直至11月6日全部拆除完畢,在原支撐設(shè)置處附近(-4 m)出現(xiàn)了位移值。整體而言,該監(jiān)測(cè)點(diǎn)深層水平位移前期變化幅度較小,后期變化較大,由此說(shuō)明支撐體系的設(shè)置與拆除在控制基坑變形方面起著重要作用。

圖6 CX11監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移—深度關(guān)系變化曲線(xiàn)圖Fig.6 Relationship curves between horizontal displace and depth of CX11 monitoring points

5.3 臨近高壓電塔沉降監(jiān)測(cè)

臨近基坑?xùn)|側(cè)有兩座高壓電塔,在高壓電塔四周選取D1、D2、D3、D4分析,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化曲線(xiàn)如圖7。從圖7可知,4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量隨時(shí)間變化趨勢(shì)一致,沉降量均較小,數(shù)值上相差甚微,累計(jì)最大沉降量為5.12 mm,出現(xiàn)在D3監(jiān)測(cè)點(diǎn),由此說(shuō)明該基坑的開(kāi)挖對(duì)高壓電塔的沉降影響很小,基坑支護(hù)措施有效,起到了必要的保護(hù)作用。

圖7 高壓電塔沉降變化曲線(xiàn)圖Fig.7 Settlement curves of high voltage towers

5.4 支撐軸力監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理分析,繪制支撐軸力隨時(shí)間變化曲線(xiàn)(見(jiàn)圖8)。在基坑開(kāi)挖初期,支撐軸力都在逐漸增大,這是由于基坑開(kāi)挖使迎土側(cè)主動(dòng)土壓力增大,導(dǎo)致圍護(hù)樁水平方向上有向基坑內(nèi)側(cè)發(fā)展的趨勢(shì),從而使軸力增大;9月21日基坑底板澆筑完成后,各支撐軸力出現(xiàn)下降并趨于穩(wěn)定,之后局部角撐的提前拆除,對(duì)未拆除支撐的受力產(chǎn)生影響,軸力出現(xiàn)波動(dòng)。

圖8 支撐軸力變化曲線(xiàn)圖Fig.8 Variation curve of axial force

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析,得出以下結(jié)論:

(1) 支撐的設(shè)置對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部與深層水平位移均有重要影響,土方開(kāi)挖的逐步加深使支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部與深層水平位移增加,且隨著土體開(kāi)挖而呈現(xiàn)出波動(dòng)性變化,而支撐的設(shè)置會(huì)抑制這種變形,支撐的拆除又會(huì)引起位移的小幅增長(zhǎng)。

(2) 基坑支護(hù)措施的合理建立,可以有效控制周邊土體及臨近建(構(gòu))筑物的沉降變形。選擇可靠的基坑支護(hù)方案不僅能夠保證基坑與周邊環(huán)境的安全,同時(shí)有利于施工組織的連續(xù)開(kāi)展,節(jié)省工期。

(3) 支撐軸力的變化主要受施工工況、周邊荷載等因素的影響呈規(guī)律性波動(dòng)。

(4) 監(jiān)測(cè)工作對(duì)于基坑施工而言,十分必要,為基坑信息化施工提供了基本手段,將變形控制在安全的范圍內(nèi),當(dāng)出現(xiàn)超過(guò)報(bào)警值的情況時(shí),及時(shí)報(bào)警,采取相應(yīng)的措施,能夠很好的保證工程的安全進(jìn)行。