珠海某混凝土内撑式支护结构深基坑监测与分析

2018-05-09文建鹏赵笑鹏姜晓迪深圳市勘察测绘院有限公司广东深圳5808上海隧道工程有限公司上海00郑州大学土木工程学院河南郑州45000

水利与建筑工程学报 2018年2期

文建鹏，赵笑鹏，姜晓迪.深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 5808； .上海隧道工程有限公司，上海 00；.郑州大学土木工程学院，河南郑州 45000)

近年来随着城市建设的持续发展，土地资源日益稀缺，地下空间的开发和利用越来越受到重视，随之而来的基坑工程越挖越深，施工环境越来越复杂[1-4]。设计科学的基坑安全监测方案，建立合理的报警反馈机制，可以有效的规避施工过程变形过大和过快等风险[5-8]。覃卫民等[9]对武汉某小区深基坑工程进行施工监测分析，针对工程出现的险情，及时反馈监测数据，施工单位处理及时、应急方法得当，保证了基坑工程的安全运行。蒋冲等[10]依托深圳平安金融中心深基坑，结合基坑变形现场监测数据，建立基坑开挖过程中地表沉降预测模型，成功预测地表沉降发展趋势。本文结合前人经验[11-13]，以珠海某混凝土内撑式支护结构深基坑为例，介绍了滨海平原场地淤泥质土层条件下基坑监测方案设计，对桩体水平位移、支撑轴力、地表沉降和地下水位变化进行分析，总结监测对象在实际基坑开挖过程的变化规律，以供类似工程参考。

1 工程概况

珠海某国际大厦项目位于珠海市横琴十字门中央商务核心区，地面层数为26层，高度为120 m，占地面积约为14 310 m2。高层建筑物拟采用框架剪力墙结构，高层建筑红线退让范围设五层地下室，地下室坑底总面积约为7 971.2 m2。基坑西侧为一片空地，其余三侧均为市政道路，北侧基坑边距道路约为10 m，西南侧距道路约为15 m，东北侧距道路约为25 m。

本项目基坑采用桩+混凝土内支撑支护型式，基坑开挖深度约18.6 m。本基坑场地地貌类型属滨海平原地貌，开挖四周坑壁土层主要为素填土、冲填土(粉细砂)、淤泥层、粉质黏土层；坑底土质主要为淤泥层及粉质黏土层，各土层物理参数如表1所示。

表1 各岩土层物理力学参数

2 支护结构设计

本基坑采用桩+混凝土内支撑支护型式，支护桩采用混凝土灌注桩，桩径1.2 m，桩间距为1.5 m。围护结构典型剖面如图1所示。

图1围护结构典型剖面图

基坑采用顺作法施工，基坑竖向共设置四道钢筋混凝土水平支撑系统，支撑呈对撑角撑布置。钢筋混凝土支撑及围檩的混凝土强度等级为C40。

支护结构设计及主要材料的选用：(1) 本基坑侧壁安全等级为一级，重要性系数R=1.10；(2) 本基坑采用桩+混凝土内支撑支护型式，支护桩采用混凝土灌注桩，桩径1.2 m，桩间距为1.5 m；(3) 场地已根据原有设计方案开挖5 m左右，已经开挖部分采用自然放坡与钢桩、水泥土搅拌桩、加筋水泥土锚桩联合支护体系。自然放坡段喷射混凝土厚100 mm，面层内配置间距200×200钢筋网。

3 监测方案设计

3.1 监测项目

结合基坑具体的地质条件、开挖深度和周边情况，根据相关规范[14-15]，确定本基坑监测安全等级为一级。基坑监测项目和布置如表2和图2所示。

表2 监测项目表

图2监测点位平面布置图

3.2 监测项目报警值

基坑报警值和监测频率如表3和表4所示。在监测期间遇到异常情况，或日变化量较大时，应提高监测频率。

表3 基坑监测报警值

表4 监测频率要求

4 监测结果与分析

4.1 桩体水平位移

本项目桩体水平位移采用新科Sinco测斜仪测量，测斜仪分辨率为0.02 mm/500 mm，重复性为±0.01%FS。选取基坑典型截面监测点CX1、CX5和CX11测斜结果，得到桩体水平位移随时间变化曲线，如图3所示(水平位移量“+”表示向基坑内位移，“-”表示向基坑外位移)。

图3 CX1桩体水平位移随时间变化曲线

由图3可知，2016年1月8日测斜点CX1所在截面在土体开挖至第二道支撑开始施工阶段，桩体呈现上部位移大下部位移小的特点；1月26日基坑开挖10 m左右，桩体水平位移接近报警值，达到40.3 mm，随后随着基坑开挖深度的增加，桩体水平位移继续增加，最大值所在截面逐渐下降；5月20日基坑开挖至基底，其后随着土体应力释放和固结，桩体水平位移缓慢增加，11月8日最终达到最大值76.7 mm。

测斜点CX5和CX11位于基坑两侧相对位置，如图2所示。测斜点CX11所在施工区域在第一道支撑施工前就开始土方开挖作业，导致桩体水平位移有较大发展(见图4)。2015年12月4日，在第一道支撑施工阶段桩体水平位移已超过报警值，达到56.1 mm；其后随着土体开挖，桩体水平位移变化规律与CX1相似，2016年5月27日CX11桩体水平位移达到最大值132.9 mm。

图4 CX11桩体水平位移随时间变化曲线

由图5可知，受测斜点CX11施工及基坑所在土层条件的影响，在2016年1月2日第二道支撑施工前，CX5桩体水平位移有向基坑外侧偏移的趋势；1月19日随着基坑继续开挖，桩体水平位移开始向内侧偏移，其后桩体水平位移变化规律与CX1相似，但是桩体顶部位移始终偏向基坑内侧；10月24日，CX5桩体水平位移达到最大值44.7 mm，非常接近报警值。

图5 CX5桩体水平位移随时间变化曲线

桩体水平位移监测结果显示，多个监测点都已超过报警值，最大超过报警值约3倍。结合现场巡查发现，冠梁1-1、2-2剖面交接处出现裂缝；5-5剖面临近道路出现较大裂缝。建议类似项目施工过程应严格按照施工方案，有序施工，减少基坑暴露时间，并采取有效措施止水。

4.2 支撑轴力

通过在钢筋混凝土之内埋设振弦式钢筋计，通过测量钢筋应力换算截面支撑轴力。本项目采用JMZX-3001测读仪测量钢筋计读数。选取典型测点ZC3和ZC6支撑轴力随时间的变化曲线如图6、图7所示。

图6 ZC6混凝土支撑轴力随时间变化曲线

由图6可知，ZC6在混凝土支撑在浇筑完成后，随着土体开挖，该层支撑轴力迅速增加，直到下一道支撑浇筑完成，轴力接近最大值；2016年5月20日基坑挖至基底时，ZC6-2和ZC6-3支撑轴力先后超过报警值25 000 kN，其后随时间缓慢增加，逐渐稳定，并分别达到28 000 kN和31 000 kN。ZC6-2和ZC6-3支撑轴力远大于其他两道支撑，说明对于本项目基坑，主要由第二和第三道支撑承担来自围护结构的侧压力。

图7 ZC3混凝土支撑轴力随时间变化曲线

由图7可知，ZC3支撑轴力变化与ZC6相似，ZC3-2和ZC3-3支撑轴力最大值分别达到27 000 kN和33 000 kN。但是ZC3-1在第二道支撑浇筑完成以后，轴力逐渐降低至5 000 kN，说明在混凝土支撑浇筑和基坑开挖过程中，支护结构内力会发生重新分布，所以对于深大基坑采用混凝土内支撑相对于钢支撑有更好的整体性。

4.3 地表沉降

在基坑周边布设地表沉降监测点，沿基坑边缘约30 m设一个监测断面，沿监测断面约5 m设一个监测点，地表沉降监测点采用Leica DNA03电子水准仪量测。选取基坑西南侧D17—D20测点监测数据进行分析，得到地表沉降随时间变化规律如图8所示。

图8地表沉降随时间变化曲线

由图8可知，2015年8月至11月(场地根据原有设计方案，采用自然放坡与钢桩、水泥土搅拌桩、加筋水泥土锚桩联合支护体系，先前开挖约5 m)期间地表沉降逐渐增大，达到约50 mm，已经超过报警值35 mm；2015年12月至2016年5月基坑开挖至基底，地表沉降持续迅速增加；5月20日基坑挖至基底后，地表沉降增速放缓；10月4日D19测点沉降达到最大值201.65 mm。说明在滨海平原场地淤泥土层条件下，基坑开挖对周边土体变形影响非常大，如不能有效限制基坑侧向变形，将导致基坑周边地面产生较大的沉降。

图9为地表沉降各测点沉降值的对比，其中横坐标轴为测点到基坑边缘的距离。由图9可知，2015年5月至12月，地表沉降最大值出现在D20和D19，说明此阶段基坑开挖对距基坑5 m～10 m范围内地面影响最大；2016年1月至6月，地表沉降最大值出现在D19和D18，说明此阶段基坑开挖对距基坑10 m～15 m地面影响最大。由此可知，基坑开挖对地表的影响范围大约为距基坑边缘等于开挖深度的区域，对此区域内的管线和建筑物应重点巡查和监测。

图9地表沉降各测点沉降对比

4.4 地下水位

地下水位共设7个监测点，沿基坑周边布置，图10为地下水位随时间的变化曲线。由图10可知，本项目基坑外侧地下水位较不稳定，分析认为造成这一现象的原因是本项目场地距海边仅200 m，属于滨海平原地貌，地下水位波动较大。2015年12月—2016年5月基坑处于开挖阶段，由图10可知，此阶段基坑外侧地下水位逐渐下降，其中W3和W4水位下降约5 m，远超报警值。造成这一现象的原因是坑内降水，坑外地下水向坑内渗入。需要注意的是在本项目中，W3、W4与地表沉降较大的监测点D17—D20处于同一区域，地下水位下降与地表沉降呈正相关性，说明水位下降也是造成地表沉降的原因。