某深基坑變形監(jiān)測案例分析

林 莉，王小軍，劉凱文

（1.昆山市建設工程質量檢測中心，江蘇 昆山 215337；2.昆山市城市軌道交通工程質量安全監(jiān)督站，江蘇 昆山 215337；3.蘇州科技大學土木工程學院，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

在現(xiàn)代化城市建設中，高層建筑、地鐵項目等工程日益增多，也使深基坑工程向著更寬、更大、更深的方向發(fā)展［1］。深基坑工程作為國家規(guī)定的具有較大危險性的工程之一，在開挖施工過程中往往會引起支護結構內力變化、產(chǎn)生位移以及基坑內外土體變形等情況發(fā)生，因此風險性較大，稍有不慎，不僅將危及基坑本身安全，而且會殃及臨近的建筑物、構筑物、道路橋梁和各種地下設施，造成的經(jīng)濟損失和社會影響往往十分嚴重［2，3］?；颖O(jiān)測不到位，往往會造成重大的安全事故發(fā)生。本文主要以某酒店深基坑為例，闡述深基坑監(jiān)測的要點，研究基坑開完變形的規(guī)律，供類似工程的監(jiān)測實踐參考。

1 工程概況

主體建筑物為一棟 68.5 m×32 m 橢圓形辦公樓（14 層），一棟 109 m×11.5 m 弧形五星級酒店（13 F），另有占地面積 222 m×212 m 不規(guī)則地下室（局部有夾層）。結構為框架剪力墻，基礎型式采用樁筏基礎。本地下室基坑周長總計約 835 m，地下室面積約為 34 171 m2，基坑開挖深度為 11.85～12.35 m，周邊居民小區(qū)密集，地下管線錯綜復雜。如基坑開挖不當，則會對周邊環(huán)境造成嚴重影響，甚至帶來危害。

2 基坑監(jiān)測內容

本工程基坑開挖深度最大為 12.35 m，屬深大基坑范疇，依據(jù)規(guī)范［4，5］及基坑周邊圍護結構的要求，本基坑安全等級和基坑監(jiān)測等級均為一級?；颖O(jiān)測項目包括：①圍護結構墻頂水平位移和垂直位移監(jiān)測，共布設 29 個測點；②圍護樁深層水平位移、坑外土體深層水平位移監(jiān)測，共布設 38 個測點；③支撐軸力監(jiān)測，共布設 32 個測點；④基坑內、外地下水位監(jiān)測，共布設 36 個測點；⑤周邊建（構）筑物垂直位移監(jiān)測，共布設 45 個測點；⑥周邊重要市政管線及道路變形監(jiān)測，共設有 46 個測點?；鶞庶c共設 5 個，分布在 3 倍基坑開挖范圍以外，具體監(jiān)測點平面布置如圖 1 所示。

圖1 基坑監(jiān)測點平面布置示意圖

3 監(jiān)測結果及分析

現(xiàn)場監(jiān)測工作于 2016 年 6 月初開始，2019年 6 月 25 日完成所有監(jiān)測工作，工期約 3 年，獲得了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，本文選取了從基坑開挖到第一道支撐拆除期間的典型數(shù)據(jù)進行分析。

3.1 圍護結構墻頂位移

工程圈梁水平位移正常，均未超過設計報警值，主要時間段水平位移監(jiān)測成果圖如圖 2、圖 3 所示。從圖中可知，水平位移曲線整體呈現(xiàn)“S”型，在施工后期數(shù)據(jù)趨于平緩，最大水平位移值為 20.9 mm，W20# 點，位于基坑南側中部。圈梁水平位移速率也較小，均未超過設計報警值，說明第一道水平支撐起到了應有的力學作用，在拆除第一道支撐時，換撐也起到了較好的作用。但在圖 3 中，能夠明顯看出 17.12.22 這個時間段的數(shù)據(jù)呈突升狀，這是因為兩道混凝土支撐拆除，應力釋放導致圈梁水平位移速率陡增。

圖2 水平位移曲線圖

圖3 水平位移速率圖

基坑開挖時，由于卸荷及土體的應力釋放，引起坑底土體向上回彈，使工程圍護結構頂部發(fā)生上浮，監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖 4、圖 5 所示。圖中上升最大值為 21.45 mm ，W20# 點，位于基坑南側中部。從豎向位移速率的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，在基坑開挖到底時，由于基坑底部隆起，導致圈梁上升速率陡增，如圖 5 中 17/5/15，累計變化量達到最大值，待底板澆筑完成后，圈梁幾乎穩(wěn)定不變，沉降數(shù)據(jù)值也趨于平緩。

圖4 豎向位移曲線圖

圖5 豎向位移速率圖

3.2 深層水平位移

工程深層水平位移較大，相比之下，坑外土體位移比圍護樁位移大?；娱_挖第一層土（約 2.7 m 深）時，基坑深層水平位移較小，其值為 14.77 mm，CX20# 孔（后期因坑外加固被破壞），位于基坑東側中部；基坑開挖第二層土體深層位移有所增加，最大深層位移值為 26.81 mm，CX23# 孔，深度 9.5 m 的位置，位于基坑東南部位；當基坑開挖至底板位置時，水平位移增速較大，最大達到了 64.12 mm，CX23# 孔，深度 14.0 m 的位置，位于基坑東南角；由于基礎底板未澆筑，深層位移繼續(xù)增加，但幅度不大。底板澆筑完畢到拆除第二道水平支撐的時間段內，深層位移變化不大；拆除第二道水平支撐后，深層位移又有明顯增加。CX23# 孔位移曲線圖如圖 6 所示。

圖6 CX23# 孔深度-位移曲線圖

3.3 支撐軸力監(jiān)測

工程支撐軸力變化較大，多數(shù)超過設計軸力控制值的 80 %。如圖 7 所示。在圖 7 中可以看出，支護樁內力變化呈“S”形，隨著開挖施工的進展，軸力值一直在增大，到最后一道支撐做完，慢慢趨于穩(wěn)定值。

圖7 軸力曲線圖

3.4 基坑內、外地下水位

工程在基坑進行降水期間坑外地下水位變化明顯，特別是微承壓水的變化很大，這是基坑周邊環(huán)境下沉較大的一個因素。如在降水期間 SW5-2# 孔和 SW1-10# 孔的水位變化非常明顯，基坑降水過程中，位于基坑西側中部（SW5-2# 孔附近）的兩口降水井（98#、99#）出水量異常大，為其余井出水量的 5 倍以上，說明坑內降水使得坑外水位下降非常明顯。水位變化曲線如圖 8、圖 9 所示。

圖8 SW5-2# 孔水溫變化曲線圖

圖9 SW1-10# 孔水位變化曲線圖

3.5 周邊建筑物垂直位移

受基坑變形和降水引起的地下水位下降等因素影響，工程基坑周邊建筑物沉降量很大，周邊建筑累計沉降量最大值已達 139.55 mm，CF5-2# 點，位于基坑東側。該棟建筑為一層建筑（磚混結構），基礎為天然地基，是距離基坑最近的房屋建筑（距離約 5 m）。

基坑開挖過程中，位于基坑東側坑壁曾出現(xiàn)過兩次流砂現(xiàn)象，均在基坑挖取最后一層土時出現(xiàn)，如圖 10 所示。第一次產(chǎn)生流砂時基坑周邊房屋沉降較小，沒有受到明顯影響，但基坑邊圍墻外側綠化帶土體出現(xiàn)明顯下陷，并出現(xiàn)明顯裂縫；第二次產(chǎn)生流砂時，位于基坑東側的 CF3-1# 點2 d 沉降量為 8.34 mm，沉降速率達到 4.170 mm/d，速率突然增大，說明此次基坑側壁流砂對③#樓影響較大。但此次流砂被施工單位及時堵住，后期監(jiān)測 CF3-1# 點沉降速率明顯減小。

圖10 坑壁流砂示意圖

此外，位于基坑東側南部的其余 4 棟居民住宅樓（5～7 F）以及位于基坑北側的一棟 7 層居民住宅樓沉降量也很大，最大沉降量均超過 100 mm。從基坑施工時間節(jié)點來分析基坑周邊建筑沉降，基坑在進行第一次降水、挖取第二層土和挖取第三層土 3 個時間段沉降量最大，各時間段最大沉降量分別為 25.02、21.69、45.00 mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，基坑施工對周邊建筑影響存在“滯后”狀。如基坑在第一次降水停止后到次年開工期間（約 3 個半月），周邊房屋仍然在下沉，而不是基坑停止降水后房屋下沉就立即停止；另在基礎全部回填后很長一段時間內，基坑周邊建筑仍在下沉，并且許多建筑沉降速率仍然未達到 JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》中規(guī)定的穩(wěn)定標準。

4 監(jiān)測結論及建議

通過對本工程基坑的監(jiān)測，可發(fā)現(xiàn)如下問題：圍護結構變形較大，圍護樁深層水平位移、支撐軸力等均超過設計報警值。因坑底隆起而引起的立柱上浮非常明顯，圍護樁也是普遍上浮?？油馔馏w深層水平位移較大，超過報警值。深層水平位移最大值均出現(xiàn)在坑底標高±2.0 m 范圍內。在降水期間，坑外微承壓水水位下降明顯，說明止水帷幕沒有達到預期的止水效果?；又苓叿课荨⒌缆芳肮芫€沉降很大，超過報警值許多。

建議在基坑施工過程中，應注意保護好監(jiān)測點（孔），以免數(shù)據(jù)脫節(jié)，影響對基坑狀態(tài)的準確評價；基坑在降水過程中，應做到按需降水，只要保證水位下降到開挖面以下約 1.0 m 即可，在開挖深度較淺時，不必將抽水泵放到降水井底，以免因抽水過多而引起的周邊環(huán)境的下沉；開挖到底后，應加緊墊層和基礎底板施工，在底板施工后，基坑本身的變形速率以及周邊環(huán)境的變形速率就會明顯減小；基坑支撐拆除前，換撐應達到設計強度，可以考慮先回填部分土體，以減少拆撐時圍護樁應力釋放而帶來的基坑及周邊環(huán)境變形。

5 結語

隨著各大、中城市開始修建地鐵，地質條件較差的地區(qū)開展深基坑工程難度較大，因此在施工過程中對地下連續(xù)墻的水平位移以及周邊沉降的監(jiān)測必不可少。在基坑施工中，采用一定的監(jiān)測手段，可以減少施工的盲目性，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的異常并報警，保證基坑的安全施工。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的搜集分析為基坑支護的動態(tài)設計提供充分的依據(jù)也有可能達到意想不到的效果。Q