高层建筑深基坑工程监测的应用实践

2010-06-13赵志川

山西建筑 2010年13期

郑辉赵志川

随着社会经济的发展,高层建筑出于结构和功能应用上的需要,不断加大和加深对地下空间的利用,基坑开挖的深度随之增大,从几米一直发展到几十米深。在基坑开挖过程中,土体应力状态发生改变,由静止土压力状态转变为被动土压力状态,引发基坑内外土体变形,直接影响到基坑本身与周围邻近建筑以及地下管线等设施的安全。鉴于土体性状、基坑施工条件及其过程的复杂性,迄今无精确方法可以计算基坑变形,而基坑工程是临时性工程,投入的资金一般有限,伴随的风险也比较大。本文以杭州市区某深基坑工程的监测为例,对监测技术在深基坑工程中的应用作一介绍与分析。

1 工程概况

某工程总建筑面积31650m2,占地面积 3000m2,拟建建筑物为综合楼(16层)及地下室2层等,最大单柱荷载约16000kN。本工程设2层地下室,地下室采用桩基承台基础,工程桩采用钻孔灌注桩。基坑主要开挖深度为11.2m,10.90m,属一级基坑。

根据地质勘察报告,基坑开挖影响范围以内的土层自上而下分布依次为杂填土,粉土,淤泥质粉质黏土以及粉质黏土。基坑周边环境为:基坑北侧为2幢保留的已有建筑(5层、12层),围护桩中心线距离建筑最近10.6 m;基坑东侧为小巷,围护桩中心线距离用地红线最近约5.8 m;南侧为大街,围护桩中心线距离用地红线最近约6.6 m;基坑西侧为小巷,围护桩中心线距离用地红线最近约3.4m,巷内有雨水管和污水管。

2 基坑监测目的

深基坑工程的理论和技术目前还不尽成熟,每个深基坑的条件不一,在基坑开挖与施工过程中,存在着时间和空间上的延滞,以及降雨、堆载、挖机撞击等各项偶然因素的作用,使得基坑工程具有其复杂性和不确定性。因此,必须对基坑施工过程进行实时监测,只有做好现场动态监测,实行信息化施工,才能及时获取基坑开挖过程中土体受力与变形情况,掌握基坑开挖对周边环境的影响,以便能及时采取措施为调整设计方案提供科学的依据。

3 监测内容

根据本基坑工程特点,主要确定以下监测内容:围护结构水平位移10点;支撑轴力监测14组;地下水位监测12点。其中,水平位移监测、支撑轴力监测以及地下水位监测在正常情况下坑深大于2 m后挖土期间每天1次,其余时间1 d～3 d 1次,当出现异常情况后,调整为每天监测2次。此外,另行布置了50个沉降监控点以监测周边建筑物和道路在施工期间的沉降。根据本基坑设计,确定警戒值为基坑周边最大水平位移超出40mm或坑顶水平位移连续3 d大于3 mm/d。地下水位单日下降超过1000mm,或者每天超过500mm。支撑轴力的预警值为6000kN。

4 主要监测方法

1)深层土体水平位移观测。深层土体水平位移通过埋设测斜管采用测斜仪进行监测。测斜管是采用特制的硬性聚氯乙烯塑料管,埋设在基坑外侧的土体中,认为测斜管底端是不动点,各点相对于底端的位移即为该处的水平位移。具体测试方法为:将测斜仪感应方向对准侧向位移方向导槽内,将测斜仪轻轻滑至管底,停置片刻使其稳定并测其读数,提升测斜仪每隔0.5 m测读一次,直至管口。然后将测斜仪旋转180°插入同一对导槽内,按上述方法重复测试一次,消除仪器误差。2)水位观测。水位观测孔的布设以能达到监测目的为原则,在基坑开挖以前埋设。水位观测孔采用φ 50PVC管,间隔打孔后用纱布包裹,埋设在孔径108钻孔中。3)支护结构主要受力构件内力监测。频率仪和钢筋计一般采用钢弦式,钢筋计型号必须与所测钢筋的直径一致。一般在绑扎所测构件的钢筋笼时将钢弦式钢筋计的两端与主要受力筋对焊在一起,接头处再用钢筋绑焊,一个断面至少需安装2只钢筋计以推算断面的受力情况。钢筋计的导线端口应予以保护。

5 监测结果分析

本基坑对深层土体水平位移的监测布置了10根测斜管,除基坑东侧CX3在开挖后不久被堆载长期掩埋而无法测试外,其余均工作正常。从对土体深层水平位移监测的情况看,最大水平位移发生在基坑北侧的CX6,如图1所示。从图1可见,基坑开挖工作从4月下旬开始以来,土体深层水平位移随着施工的进行在逐渐增大。本基坑是从西北向东南方向分段分层开挖的,5月期间CX06水平位移增长最为显著,而后随着基坑左半部分施工的逐渐到位,CX06的水平位移增长逐步放缓并趋于稳定。鉴于本工程支护体系的特点,土体沿深度的水平位移呈上下小、中间大的形态,最大位移值35.5 mm,发生在深度约9 m的位置。

根据对14组支撑轴力的监测情况,ZL1-3～ZL1-5轴力增幅最大,超过了警戒值。图2给出了位于基坑左半部分的ZL0-1～ZL1-5的轴力随时间变化的曲线。自5月后,随着开挖工作的深入,轴力在快速增长,在5月底达到并开始超过警戒值。对于ZL1-3～ZL1-5轴力超过警戒值的情况,施工各方进行了研究,认为轴力大幅增长的重点是在ZL1-3和ZL1-4所在支撑,其他支撑轴力情况总体基本表现正常。ZL1-3和ZL1-4所在支撑在整个支撑体系中处于不利位置,长度较长,特别是ZL1-4。在实际工程中,混凝土收缩、徐变以及温度等非荷载因素同样可以引起轴力的变化。从对现场检查情况来看,支撑构件表观正常,未出现异常裂缝。因此,研究决定:1)加大监测频率,密切进行观测;2)对基坑西侧进行针对性抽水,适当降低孔隙水压力,缓解轴力的进一步发展。在进行针对性抽水后,ZL1-3和ZL1-4的轴力逐渐开始稳定,ZL1-4超出报警值约58%。

图3给出了各测点的水位随时间变化的曲线。由于该基坑在市区,周围临近建筑物与道路,因此对基坑外围井点降水力度进行了严格控制。各测点的水位在施工期间总体变化较平稳,累计水位降幅一般控制在2 m以内,但位于基坑西侧的水位测点SW8和SW9的水位在6月份曾有一个明显的下降,主要是当时为缓解ZL1-3和ZL1-4所在支撑轴力快速增长而进行了抽水的原因。