复杂条件下深基坑变形监测分析

王洪伟

(辽宁有色勘查研究院，辽宁沈阳 110013)

0 引言

20世纪初，深基坑工程逐渐出现，利用监测仪器对基坑进行监测在基坑工程中得到了初步应用，到70年代初期，挪威的奥斯陆和墨西哥率先利用仪器对软土深基坑工程中进行系统的监测，日本、美国等一些发达国家颁布了相应的基坑监测规范，国外到90年代时就已经出现了电脑监测数据采集系统，实现了监测自动化［1-3］。但在国内，由于经济、技术等方面水平有限，尤其是计算机技术的落后，近十年来，建筑基坑安全监测逐渐重视。高华东等［4］首次对护坡桩实行应力监测及位移监测，研究了护坡桩的受力状态及工作机理，对护坡桩实行应力及位移监测;此后，姜忻良［5］、彭社琴等［6］分别对基坑开挖过程中支护结构的水平位移进行了研究，认为基坑周边建筑物和地表的主要影响因素是基坑内外地下水位的变化;郭玟等［7］对复杂环境下深基坑工程进行了监测分析，研究得出支护结构能够有效保护基坑周边建筑物、道路及管线的变形。基于此，本文以沈阳北站人防工程深基坑工程为研究对象，基于基坑稳定性及周围土体变形理论，通过对基坑开挖过程进行系统的动态监测和实测数据分析，开展复杂条件下深基坑变形监测研究，以期得到围护桩的最大水平位移和地表最终沉降量等参数，为今后复杂条件下的深基坑工程提供可靠的理论依据，具有重要的理论价值和工程实践意义。

1 工程概况

沈阳北站综合交通枢纽改扩建工程的地下新建工程包括四个新建车库及一条人行过街地道，以下称四个车库为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ区工程，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ区工程、人行过街地道位于南广场，Ⅳ区工程位于北广场。其中Ⅰ区工程位于北站路南侧，友好街东侧，为地下两层结构，建筑面积12 327.7 m2，东西向长138.6 m，南北向宽48.2 m，埋深12.05 m，覆土1.5 m，地下 1 层、地下 2 层为社会车停车场，地面层为公交车停车场，地下1层西侧与既有地下1层人防工程连通，地下2层北侧与Ⅱ区社会车停车场连通，友好街西侧部分为既有人防出入口改造。基坑现场施工如图1所示。

2 基坑变形监测分析

2.1 围护桩顶位移监测

基坑围护桩顶监测是从冠梁浇筑完毕开始，此时基坑已开挖2 m，部分开挖4 m，共累计监测54 d。从各监测点累计值可以看出，基坑西侧及东侧的围护桩顶变形量相对较大，其中，东侧水平位移量最大，D8的水平位移累计值达到20.14 mm，西侧水平位移值最大达到19.28 mm，北侧的最大水平位移达到17.3 mm，南侧桩顶位移值达到15.66 mm。基坑每条边围护桩最大位移均位于基坑中部位置附近，基坑四角的水平位移值相对都比较小，其中D1水平位移最小，只有8.78 mm。基坑四侧围护桩桩顶位移随时间关系曲线图如图2所示。

图1 基坑现场施工图

图2 基坑周边围护桩顶水平位移曲线

通过对比监测数据及位移曲线，可得到以下规律:1)基坑东侧各测点水平位移均较大，主要是因为距离基坑东侧5.45 m为时代广场酒店，地上25层，地下2层，对这一侧围护桩顶的水平位移产生相对比较大的影响，但各监测累计位移值均在预警范围内。2)基坑北两侧各测点水平位移较小，最大值为17.3 mm，最小水平位移值为8.78 mm。基坑南北两侧有一排直径为800 mm的人工挖孔桩，这是20世纪80年代施工的围护桩，桩长12 m。这两排老桩对限制基坑的变形起到一定的作用，这是南北两侧围护桩位移较小的主要原因。3)由图2可以看出，基坑各个监测点在3月～4月中旬变化速率相对较大，最大速率达到1.54 mm/d。此时正值沈阳地区气候回暖，坑侧冻土逐渐融化，气温从－10℃左右升至15℃，因此，在基坑施工过程中，气温环境的影响对基坑的变形是不可忽略，在以后的工程中应当加以重视。

2.2 周边地表沉降监测数据分析

由于场地的限制，周边地表沉降监测时，对监测点进行简化。简化后，基坑西侧3个监测点，南侧3个监测点，共计6个监测点。对基坑周边地表沉降的监测周期比基坑支护结构的监测周期要长，从基坑开挖各监测点最终沉降随时间的变化如图3所示。

通过对图3基坑周边地表沉降监测点变化曲线分析，可以看出基坑开挖初期，基坑周边地表沉降较大，随着支护结构的施工完成，沉降逐渐减小并趋于稳定。基坑西侧地表在土体开挖和路面荷载的综合影响下，最大沉降达到11.93 mm，基坑南侧地表沉降相对较小，最大沉降为10.7 mm。

2.3 周边建筑、地表裂缝观测

选取时代广场酒店西侧三个监测点即J1～J3以及天顺超市北侧三个监测点J6～J8进行分析，总结周围建筑物在基坑开挖期间的变形特性和规律，如图4所示。

图3 基坑南侧地表沉降变化曲线

图4 基坑周边建筑物沉降时程曲线

从图4可以看出，随着基坑开挖深度的增加，周围建筑物的沉降先增大后减小到最后逐渐稳定。在基坑开挖初期，周围建筑物沉降变化速率较小，随着基坑的开挖，沉降逐渐增大。在第一道内支撑施工后，建筑物沉降速率有所减小，但在3月份～4月份期间，气温回升，基坑周围冻土融化，周围建筑的沉降速率又略有增加，但影响不大，这与围护桩侧土压力、混凝土支撑内力以及桩顶水平位移在冻土融化时期的变化不稳定是一致的，说明在沈阳地区，在春季进行基坑的开挖对整个工程的影响是不可忽略的。在这一时期，应增加对基坑的监测频率，在必要时，应该对基坑进行适当加固。

3 结语

以沈阳北站人防工程深基坑工程为研究对象，结合基坑工程稳定性和周围土体变形进行分析，主要结论包括:1)基坑东侧中部围护桩顶在时代广场酒店的作用下水平位移最大，基坑西侧及基坑南侧在施工荷载和路面荷载作用下位移小但波动性较大，分析可得建筑物荷载比路面荷载和施工荷载对基坑变形的影响大;2)在基坑开挖过程中，基坑东西侧围护桩侧土压力比南北侧的变化速率大，土压力总体呈减小的趋势，尤其在春季冻土融化期间，土压力变化速率较大且不稳定，在此期间应增加土压力的监测频率;3)基坑开挖初期，基坑周边地表沉降较大，随着支护结构的施工完成，沉降逐渐减小并趋于稳定，建筑荷载的影响小于路面荷载对地表沉降的影响。

［1］桂国庆.深基坑工程的研究现状与发展趋势［J］.工程力学，2000，3(sup):406-412.

［2］陈向东，杨茂忠.信息化施工及其应用［J］.北京工业大学学报，2001，27(1):57-60.

［3］Rovithakis G A，Gaganis V l，Perrakis S E.Real-time control of manufacturing cells using dynamic neural net works.Automatiea，1999，35(1):139-149.

［4］高华东.北京某深基坑开挖监测实例［J］.岩土工程学报，2006，28(z1):1853-1857.

［5］姜忻良，宗金辉，孙良涛.天津某深基坑工程施工监测及数值模拟分析［J］.土木工程学报，2007，40(2):79-84，103.

［6］彭社琴，赵其华.超深基坑土压力监测成果分析［J］.岩土力学，2006，4(27):657-672.

［7］郭 玟，王浩然，翁其平，等.城市狭窄环境下深基坑工程的设计与监测分析［J］.地下空间与工程学报，2009，5(z2):1660-1666.