南京河西某大面积深基坑监测实践与分析

赵小飞，赵升峰，马世强

(南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏 南京 210019)

南京河西某大面积深基坑监测实践与分析

赵小飞*，赵升峰，马世强

(南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏 南京 210019)

软土地区大面积深基坑监测与分析是地下工程建设中的重要工作之一，总结与分析软土地区大面积深基坑监测具有重要的工程意义。以南京河西地区某面积为 40 900 m2，开挖深度为12.3 m～12.9 m的深基坑为背景，结合基坑开挖、周边环境保护要求以及设计与施工对监测信息的要求，进行了监测与分析。根据监测结果，着重分析了土体深层水平位移、周边道路沉降、地下管线及地表沉降、邻近建筑物沉降、立柱沉降、支撑轴力和坑外地下水位变化，并对监测数据进行了原因分析与总结，可为今后类似的深基坑监测提供一些借鉴。

大面积深基坑；软土地区；基坑监测；信息化施工

1 引 言

我国地下建筑发展迅速，深基坑工程日趋增加，由于各种原因导致基坑事故的情况时有发生。在诸多因素中，基坑监测不到位是最重要的原因之一。如何准确地进行基坑监测以及掌握深基坑围护体系、坑外土体、坑外地下水等随基坑施工的变化规律成为一种必要的工作。杨雪峰等[1]分析了水平位移的监测方法；裴建坡等[2]分析了水平位移及地面沉降对基坑的影响；樊俊锋[3]、黄铭[4]、陈希[5]、金瓯[6]、蒋冲[7]等分别采用有线差分法、神经网络、三维有限元、二维有限元、Usher沉降预测模型对深基坑变形、地面沉降等监测结果进行了拟合分析；赵升峰等[8～10]分别采用人工神经网络、灰色理论及灰色神经网络进行了基坑开挖预测分析。本文结合南京河西地区某大面积深基坑工程，全面总结分析了监测数据及施工中遇到的一些问题，以期能对同类基坑工程的设计、施工、监测起到借鉴作用。

2 项目背景

2.1 基坑支护型式

基坑设计采用钻孔灌注桩结合基坑内竖向两道混凝土内支撑为本工程的支护结构，其中第一道支撑梁中心标标高为 -3.40 m，第二道支撑标高为 -8.80 m；支护灌注桩为Φ1 100@1 300，桩外设置Φ850@1 200三轴水泥土搅桩作为止水帷幕。

2.2 地质概况

拟建场地表层为人工填土，其下主要由全新世晚期沉积的灰褐、灰色粉质黏土，淤泥质土以及粉土、粉砂、粉细砂等组成，下部为上更新世沉积的含砾中粗砂，底部为风化基岩。支护设计计算所采用的土层主要物理力学性质参数如表1所示。

土层主要力学参数 表1

2.3 水文概况

地下水初见孔隙潜水水位埋深约 0.70 m～1.80 m，稳定水位埋深约1.00 m～2.40 m，呈季节性变化，幅度约0.70 m～1.00 m。潜水主要赋存于①层填土和②2淤泥质粉质黏土夹粉土中，该含水层富水性一般，透水性较弱，为弱透水层，对下部承压含水层为相对隔水层。下部弱承压含水层，主要赋存于③1粉砂夹粉土、③3粉细砂、④中细砂和⑤含砾中粗砂层中，实测承压水水位埋深约为 2.70 m～3.20 m，该含水层透水性强，水量丰富。其余岩土层透水性差，可视为相对隔水层。

3 深基坑监测与分析

3.1 监测项目

根据设计要求，并结合河西地区特殊的地质条件、复杂的周边环境及业主的要求，确定实施的监测项目和数量，其主要监测点布置如图1所示。

图1 监测点布置图

3.2 地下管线及地表沉降

图2为管线及地表沉降图，由图看出，地表和地下管线的沉降变化规律与相应的道路沉降保持同步。地下管线及地表沉降单点累计最大值都发生现在监测结束的那天。沉降最大值发生在GX7测点，其值为 185.7 mm，最小值发生在GX17测点，其值为 33.5 mm。GX7测点管线沉降偏大，是因该侧为施工土方主要出入口。因此，受施工车辆动荷载影响，管线沉降偏大。GX17位于基坑东侧，该侧无施工车辆行走，故影响较小，管线沉降较小。

图2 管线及地表沉降曲线

3.3 深层水平位移监测数据分析

图3(a)～(d)为基坑四边最大深层水平位移变化曲线。从变化趋势看，在整个基坑开挖过程中，随着基坑开挖深度的不断加深各测斜孔不同深度的深层水平位移发生相应的变化。

图3 基坑各边最大深层水平位移曲线

每层土方开挖到底以后随着下道支撑或者底板混凝土的浇筑完成，各测点的位移变化达到峰值后逐渐趋于稳定。整个监测过程，CX2孔在深度 10.0 m处，累计位移达到最大值 38.83 mm，与相应部位的支撑轴力数据增大相吻合，同时与该侧管线沉降偏大亦吻合，这进一步表明，施工动荷载对软土深基坑变形影响较大，但其他各测点深层水平位移变化幅度都较小，基本小于报警值 30 mm。

3.4 周边道路沉降数据分析

土方开挖于2011年4月1日开始，道路沉降观测从2011年3月5日开始。开挖前超前测量的30天内，超过20%的点位道路沉降累计值已超过设计允许值 25 mm。专家组根据河西地区的地质及水文条件，一致认为临近工地降水施工是造成沉降的重要因素。

受南侧相邻工地降水的影响，首层土方开挖至自然地面下约 5.0 m没有进行坑内降水施工，土方开挖期间坑外道路沉降始终保持原有的沉降趋势。

图4为道路沉降图，由图看出，2011年4月1日～2011年5月30日第一层土方开挖期间，随着开挖深度的加深，周边道路沉降有增大的趋势。随着第二道支撑梁的施工进行，增速逐渐减小。

图4 道路沉降曲线图

第二层土方开挖时，坑内逐渐开始降水施工，于是在2011年6月初～2011年11月25日，周边道路沉降逐渐增大。2011年11月底临近工地逐渐停止抽水，本基坑坑外水位稍有恢复，周边道路沉降出现放缓的趋势。截止2012年7月18日地下室土方回填，结束监测。所有测点中累计最大值为 186.43 mm(DL13)，最小值为 51.52 mm(DL19)。

3.5 邻近建筑物沉降监测数据分析

图5为基坑周边建筑物沉降曲线，由图看出，随着开挖深度的加深，建筑物沉降也跟着发生轻微的变化，其变化趋势与周边道路、地表及地下管线沉降变形基本一致。受坑外水位的影响比较明显。截止2012年4月23日(施工至±0.000)，最终测得周边建筑物沉降累计最大值发生在JZ17测点，其值为 13.53 mm，最小发生在JZ9，二者均小于预警值 20 mm。且最后一次测得的平均变化速率为 0.03 mm/d。

图5 周边建筑沉降曲线

3.6 立柱沉降监测数据分析

图6为支撑立柱沉降图，由图看出，随着开挖深度的不断加深，立柱沉降也跟着发生轻微的变化，下沉、上升均有。从开挖前一周开始监测至支撑拆除期间立柱沉降最大值为 6.92 mm(LZ81-C点)，发生在2011年12月30日；抬升最大值为 -12.53 mm(LZ18号点)，发生在2011年5月21日。

图6 立柱沉降曲线

3.7 支撑轴力及栈桥内力监测数据分析

图7为支撑轴力图，由图看出，在开挖过程中，随着深度的不断加深，各测点支撑轴力都不断增大，并在开挖到底后，变化逐渐趋于平稳。

图7 支撑轴力变化曲线

第一道支撑轴力累计最大值为 6 918.06 kN(ZL1-5点)，出现在2011年7月5日。二道支撑轴力最大值为 8 929.96 kN(ZL2-6点)，发生在2011年11月22日，小于报警值 11 600 kN。支撑拆除瞬间会使周边支撑受力失去平衡，甚至对相邻的支撑受力影响很大，所以支撑拆除期间出现部分测点轴力数据偏大的现象。支撑轴力受温度、湿度、混凝土徐变等特性的影响，以至于支撑轴力数据波动性比较大，但总体变化趋势与相应部位的圈梁顶部位移和深层水平位移及施工工况基本相符。图8为栈桥板内力图，从图看出栈桥板内力变化都在控制范围内。

图8 栈桥板内力变化曲线

3.8 坑外地下水位监测数据分析

图9为坑外地下水水位变化图，由图看出，开挖初期收相邻工地降水的影响，本工程场区范围内地下水位下降到 -5.0 m左右。随着开挖深度的加深和开挖范围的扩大，与临近工地的降水施工的叠加影响，坑外地下水位呈非常明显的下降现象。2011年6月中旬，沿线施工工地暂停降水施工，以致场区及周边环境地下水位大幅度快速回升，至2011年7月21日，坑外地下水位最大回幅达到 4.665 m(SW20)；随后本工程和相邻工地交叉降水施工，于是坑外地下水位又出现持续下降的现象。2011年10月初，相邻工地逐渐结束降水施工，此时的坑外水位明显呈现出缓慢回升的现象。从整个施工过程坑外地下水位始终随着降水力度大幅度的上下波动。

图9 坑外水位变化趋势图

4 结 论

根据南京河西某大面积软土深基坑工程现场监测分析，主要得出以下几点结论：

(1)根据基坑监测的管线沉降、深层水平位移、建筑沉降等数据分析得出，基坑变形和施工工况是密切相关的。

(2)施工动荷载对基坑变形、地面沉降及管线沉降影响较大。因此，在软土基坑施工过程应控制施工荷载的影响。

(3)基坑向下开挖引起支撑变形、深层水平位移及支承轴力的增大。基坑开挖对道路、地表及管线的变形影响小于坑内降水施工的影响。

[1] 杨雪峰，刘成龙，罗雁文. 基于自由测站的基坑水平位移监测方法探讨[J]. 测绘科学，2011，36(5)：153～155.

[2] 裴建坡，刘东，陈红利. 超大型深基坑变形监测方案与实施[J]. 建筑技术，2012，43(6)：499～501.

[3] 樊俊锋，姜安龙. 某地铁车站深基坑开挖监测及数值模拟分析[J]. 施工技术，2012，41(363)：35～39.

[4] 黄铭，刘俊. 深基坑开挖位移多点监测模型及径向基函数神经网络计算中心的FCM确定[J]. 工业建筑，2012，42(3)：80～83.

[5] 陈希，徐伟，段朝静. 双圆环形超深基坑支护结构的数值模拟与监测分析[J]. 同济大学学报·自然科学版，2012，40(2)：179～185.

[6] 金瓯，胡正华，陈成振. 深基坑变形和内力监测数据与有限元理论数据对比研究[J]. 铁道建筑，2011(6)：114～116.

[7] 蒋冲，周科平，胡毅夫. 深圳平安金融中心基坑围护结构变形监测分析[J]. 岩石力学与工程学报，2012，31(S1)：3383～3389.

[8] 赵升峰，韦巡洲，杨新祥. 基于灰色神经网络模型的基坑开挖引发周边地面沉降预测分析[J]. 江苏建筑，2010(2)：91～94.

[9] 赵升峰，陈尚荣，汪城. 人工神经网络在软土基坑土钉支护变形预测中的应用[J]. 施工技术，2019，38(S)：32～34.

[10] 赵升峰，韦巡洲，杨新祥. 灰色理论在基坑开挖引起周边地面沉降预测中的应用[J]. 福建建筑，2010(2)：88～91.

Practice and Analysis of a Large area of Nanjing Hexi Deep Foundation Pit Monitoring

Zhao Xiaofei，Zhao Shengfeng，Ma Shiqiang

(Nanjing Institute of Surveying，Mapping & Geotechnical Investigation Co.，Ltd，Nanjing 210019，China)

The monitoring and analysis of large area deep foundation pit in soft soil region is one of the important work in the construction of underground engineering，and it is very significant for monitoring to summary and analysis a large deep foundation pit in soft soil region. Taking a foundation pit engineering in Nanjing hexi as an example，whose area is 40900 m2and depth of excavation ranges from 12.3m to 12.9m. The foundation pit has been carried out to monitor and analysis，combining with excavation，requirements of surrounding environment protection，as well as the design and construction. According to the results of monitoring，the deep soil horizontal displacement，settlement of surrounding roads，underground pipe line and surface，as well as the settlement of nearby building and column，the axial forces of strut and the variations of under-water level outside the foundation pit has been analyzed，and the monitoring data have been summarized and analyzed，which can provide some reference for similar deep foundation pit monitoring in the future.

large area of deep foundation pit；soft soil region；foundation pit monitoring；informatization construction

1672-8262(2017)01-152-06

TU413，TU196

B

2016—08—28 作者简介：赵小飞(1982—)，男，工程师，主要从事深基坑监测技术工作。