基坑变形监测分析

■ 王旭 奚华峰 程军

王 旭：南京市河西新城区国有资产经营控股（集团）有限责任公司计划处，处长，江苏 南京，210031

奚华峰：南车南京浦镇车辆有限公司，教授级高级工程师，江苏 南京，210031

程 军：南京河西新城新型有轨电车建设有限公司，高级工程师，江苏 南京，210031

1 工程概况

南京市河西新城快速公交工程1号线车辆基地分为一期、二期修建，一期为1号线车辆基地，二期为预留2号线车辆基地；单体建筑形式，全地下1层、局部2层钢筋混凝土框架结构。一期地下建筑面积41 000 m2，由车辆段、综合维修中心和物质总库3部分组成。基坑周长约1 340 m，长边约512 m，短边约190.5 m，开挖深度11 m。基坑总面积约为84 000 m2，其中一期约为49 000 m2。

基坑一期施工采用排桩+斜抛撑支护，盆式开挖，先施作基坑中间底板，形成中心岛，排桩通过斜抛撑把土体水平侧压力传递给中心岛，中心岛提供足够反力保证土体稳定。排桩采用φ1 000 mm或φ1 200 mm灌注桩，斜抛撑采用φ609 mm×16 mm钢管。

基坑右侧条形段采用φ1 000 mm或φ1 600 m双排桩支护，排距5 m，为了减小桩顶变形，被动区用3排双轴搅拌桩加固。双排桩桩顶采用100 cm×100 cm连梁连接。

基坑东面一期、二期交界处采用3级放坡开挖，放坡坡度1∶2.5。坡面采用C20混凝土喷混，厚10 cm，铺设φ6 mm@200 mm×200 mm的钢筋网，加设长1.5 m的土钉，间距2 m×2 m。靠近坡脚处采用双轴搅拌桩进行加固，加固深度4.5 m。

2 地质水文概况

根据勘察结果，基坑场区覆盖层厚度较大，为典型的长江漫滩相沉积物。地层自上而下分别为杂填土，层厚0.30～3.10 m，土层复杂，工程性质很差；素填土，灰黄-灰褐色，层厚0.30～2.90 m，层顶埋深0～2.40 m；粉质黏土，灰黄色，可塑，局部硬塑，层厚0.50～2.50 m，层顶埋深0.30～2.40 m；粉质黏土，灰黄色，软塑，层厚0.40～1.90 m，层顶埋深0.60～3.10 m；淤泥质粉质黏土，灰色，流塑，层厚1.10～18.80 m，层顶埋深1.50～3.60 m；粉土，灰色，呈稍密状态，土层厚1.50～11.50 m，层顶埋深3.20～20.50 m；粉细沙，灰色，呈稍密状态，层厚1.30～8.30 m，层顶埋深7.50～11.80 m；粉细沙，灰色，呈稍密状态，土层厚0.45～14.50 m，层顶埋深9.60～22.50 m。

基坑场区位于长江东岸漫滩上，场区内水塘、河沟较多，勘察实测主要河沟、水塘水面标高为5.17～5.65 m（河沟、水塘水深1～2 m，淤泥厚度0.5～1.0 m）。

基坑场区地下水主要为潜水和弱承压水，潜水赋存于人工填土、层淤泥质粉质黏土中，层杂填土富水性较弱，透水性较强，层素填土、层淤泥质粉质黏土饱含地下水，但给水性差、透水性弱；主要接受大气降水和地表水体入渗补给，与地表水体水力联系较密切。弱承压水主要赋存于层粉砂及其以下的粉细砂、卵砾石层中，富水性和透水性较强。

3 监测方案

3.1 监测目的

基坑开挖过程中，由于受地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的影响，难以从理论上预测到工程中遇到的问题，而且理论预测不能全面准确反映工程的各种变化。因此在理论指导下，有计划地进行现场工程监测十分必要。

（1）对比监测数据与预测值，判断上步施工工艺和施工参数是否符合或达到预期要求，控制下步施工工艺和施工进度，实现信息化施工。

（2）通过监测，确保基坑开挖期间周边临时建筑物正常。

（3）通过监测，及时调整围护结构、支撑系统的受力均衡，使基坑开挖过程始终处于安全、可控。

（4）检验工程勘察资料可靠性，验证设计理论和设计参数，判断前步施工是否符合预期要求。

（5）将现场监测结果反馈设计单位，根据现场工况，进一步优化设计方案，使施工优质安全、经济合理和快捷。

（6）通过跟踪监测，使挖土、换撑、拆除等阶段的施工科学有序，保障基坑施工安全。

3.2 监测原则

（1）系统性原则。

（2）可靠性原则。

（3）与结构设计相结合原则。

（4）关键部位优先、兼顾全面原则。

（5）与施工相结合原则。

（6）科学合理、经济安全原则。

3.3 监测内容

（1）桩顶水平、竖向位移监测。根据设计文件和规范要求，在围护桩上端部设置桩顶沉降和水平位移监测点。根据现场实际情况，将监测点设置在基坑周边的中部和端部，并在凸角等相对较危险点上设置，以便保证围护结构安全。桩顶沉降和水平位移监测设置了35个监测点，间距为40～60 m。竖向位移监测可采用几何水准或液体静力水准法，水平位移可采用前方交汇法、自由设站法和极坐标法。基坑监测采用了几何水准法和前方交汇法。

（2）坡顶水平、竖向位移监测。基坑边坡顶部水平位移和沉降监测点沿基坑周边设置，基坑周边中部、阳角处设置监测点，间距40～60 m。水平位移和沉降监测的35个监测点设置在靠近围护结构的周边土体上。

（3）土体深层水平位移监测。监测深层土体侧向位移是为判断土体是否有失稳预兆及现象，为基坑稳定性评价、预测、预报和防治工程提供依据。在基坑周边坑外土体中埋设30根监测斜管，孔深20 m。监测斜管应在基坑开挖一周前埋设，监测斜管连接时应保证上下管的导槽对准顺畅，接头处应密封处理；埋设时测斜管应保证竖直，其中一组导槽应与基坑监测方向一致。

（4）支撑轴力监测。根据设计文件和规范要求，在承受较大内力的指定支撑端部或中部设置支撑轴力监测点，设置了12个轴力计，监测支撑内力变化，通过数字式监测仪测得读数；在承受较大内力的指定支撑端部或中部设置应变仪，监测支撑变形，通过数字式监测仪测得读数。轴力计量程宜为设计值的1.2倍，并在开挖前读取初始值。

4 有限元模拟

4.1 有限元计算模型

基坑工程面积相对较大，为了计算简明，取一个典型断面作为计算模型（见图1）。Plaxis有限元软件采用摩尔-库伦模型，该模型描述了对岩土行为的一阶近似，常用于对问题的初步分析；对于每个土层，可估算一个平均刚度常数。由于这个刚度为常数，计算往往相对较快。为了消除边界条件对模型的影响，断面深度取基坑深度的2倍，宽度取基坑宽度的2倍。模型左右两边设置水平位移约束，底部设置竖向位移约束。断面0～5 m为杂填土，5～12 m为淤泥质粉质黏土，以下为淤泥。岩土有限元计算参数见表1。

4.2 有限元计算结果

通过有限元计算分析，得出基坑水平位移云图、基坑竖向位移云图及支撑轴力图，得出如下结果：

（1）基坑底部土方开挖后，水平位移最大值为40 mm，出现在桩顶处；围护桩一侧土体产生向基坑内侧变形。

（2）基坑沉降最大值为-5 mm，出现在坡顶；坑底隆起最大值为40 mm，出现在基坑中部。

（3）支撑轴力最大值为510 kN，出现在与支座交接处。

图1 计算模型

表1 计算参数

5 监测结果分析

5.1 监测情况

坡顶位移29号监测点和桩顶位移23号监测点为典型断面沉降监测点。基坑开挖深度不同时，坡顶沉降和桩顶沉降见图2和图3，坡顶水平位移和桩顶水平位移见图4和图5。从图2—图5中可以看出，坡顶最大沉降为16 mm，桩顶最大上浮为33.4 mm，坡顶向基坑最大偏移量为24 mm，桩顶向基坑最大偏移量为39 mm。土体深层位移最大值为37.67 mm，出现在冠梁顶部。这些监测数据均在预警值范围内。

5.2 监测结果与计算结果对比

在开挖深度10.5 m时，24号监测斜管实测结果与有限元计算结果对比见图6。从图6中可以看出，实测结果与计算结果最大误差4.43 mm，相对误差为12%。

桩顶上浮实测结果与有限元计算结果对比见图7，坡顶沉降实测结果与有限元计算结果对比见图8。从图7和图8中可以看出，基坑开挖深度至7.5 m时，实测结果与计算结果比较吻合，随着基坑继续开挖，设置在基坑附近的基准点出现一定沉降，导致实测结果大于计算结果。

6 结束语

图4 坡顶水平位移

图5 桩顶水平位移

图6 监测斜管实测结果与有限元计算结果对比

图7 桩顶上浮实测结果与有限元计算结果对比

图8 坡顶沉降实测结果与有限元计算结果对比

通过Plaxis有限元软件计算基坑在开挖过程中的变形，并与现场实测数据进行对比，表明实测结果与有限元计算结果基本吻合，变化趋势相同。但在基坑继续开挖过程中，由于基坑附近的基准点出现一定的沉降量，坡顶和桩顶的沉降与计算结果误差稍大。目前，基坑底板全部完成，上部结构正在施工，各项监测值均在安全范围内，表明设计方案与施工工艺合理。

[1]GB 50497—2009 建筑基坑工程监测技术规范[S]. 北京：中国计划出版社，2009.

[2]北京金土木软件技术有限公司. Plaxis岩土工程软件使用指南[M]. 北京：人民交通出版社，2010.