武汉某基坑支护工程施工监测分析

2018-12-19王建筱李光诚

资源环境与工程 2018年4期

王建筱, 范然, 李光诚

(湖北省城市地质工程院,湖北武汉 430072)

为将基坑施工过程中地表位移和变形量尽可能的降到最小,并减少基坑开挖对周边环境设施以及建筑物产生的不利影响,需要对潜在的移动和变形做出正确的预测和估计,从而据此选择最适宜的施工方案和技术,并制定完善的措施积极应对可能出现的状况,也可通过调整施工工艺或者修改设计参数,将差错减小到最小[1]。因此,只有在深基坑的施工过程中,对基坑周围的土体、支护结构以及相邻的构筑物进行系统全面的监测,对周边环境的变化情况进行实时的把控,才能对基坑工程本身的情况有彻底的了解,才能保证工程顺利安全的进行。现场的监测数据是基坑施工全工程沉降变化的客观反映,也是人们认识基坑沉降变形特点的有效途径。当通过监测结果发现现场出现异常情况时应及时将存在的问题进行反馈并分析原因,积极采取相应的工程应急措施,以确保工程安全顺利进行。

1 工程概况

东湖城K4地块位于武汉市洪山区团结大道以南铁机汽车展销中心征地范围内。基坑南北长约130.58 m,东西宽约74.33～96.00 m,周长约462 m,地下室开挖面积约12 874 m2,开挖深度9.6～10.0 m。

基坑北侧为4S店停车场,东临4S店,南为拆迁空地,西与正施工的另一工地相接。

2 工程地质条件

2.1 地层岩性

场地内地势较平坦,场地整平标高为20.80 m,地貌单元属长江I级阶地。本场地在勘探深度59.5 m范围内所分布的地层除表层分布有0.5～3.2 m厚(1-1)层素填土(Qml)、0.5～2.0 m厚(1-2)层淤泥(Ql)外,其下为第四系全新统冲积成因(Q4al)的粘性土及砂土,下伏基岩为白垩系—下第三系(K-E)粉砂质泥岩、砂砾岩。典型地质剖面图见图1。

2.2 水文地质条件

本场地地下水主要包括赋存于(1-1)层素填土中的上层滞水及下部砂土层中的承压水。上层滞水水位、水量随季节变化,主要受大气降水、生活排放水渗透补给,稳定水位埋深0.6～1.7 m;承压水位埋深为5.8 m,承压水水头高度年变幅为3.0～4.0 m。因被(2)、(3)层阻隔与上层滞水无水力联系。

3 基坑支护设计方案

3.1 方案设计

依据有关规范[2-3],根据地质条件及周边环境情况,确定本基坑工程安全重要性等级为一级,典型支护剖面见图2、图3。参考武汉常用基坑支护形式与经验,关于基坑支护方法的选择考虑如下:

(1) 本工程拟建二层地下室,基坑开挖9.60～10.00 m,深度较大,周边距红线较近,坑壁土层软弱,不能采用锚杆(索),也不具备双排桩的布置空间,为控制变形,采用钻孔灌注桩+内支撑支护是较成熟的方法。

图1 典型地质剖面图Fig.1 Typical geological profile

图2 典型支护剖面图1Fig.2 Typical cross section of excavation 1

(2) 支撑竖向位置选择:由于支护桩与红线间可用空地局限,且需布置现场施工道路,因此西侧支护桩桩顶势必抬到地面附近;北侧与东侧因放坡距离不足,也需抬升桩顶到地面附近,只有基坑南侧存在桩顶放坡的空间。若在桩顶设冠梁处架设支撑,则支撑与坑底距离过大,造成桩身弯矩大,支护桩桩径和配筋同样会较大,产生经济浪费,因此选择设置腰梁布支撑的方案,基坑西侧、北侧与东侧腰梁和支撑设于地面下2.3 m处,南侧配合桩顶放坡,桩顶下落,不设腰梁,支撑支于冠梁。支护结构受力较理想。

图3 典型支护剖面图2Fig.3 Typical cross section of excavation 2

(3) 支撑平面布置:基于主楼关键线路的工期考虑,支撑平面上尽量避让主楼,南边支撑不够的区段,设双排桩支护予以加强。

(4) 竖向止水帷幕:拟采用双排单轴搅拌桩作止水帷幕。

综上所述,支护结构主要采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土支撑的支护形式,部分区段为双排桩支护,双排单轴搅拌桩作止水帷幕。

3.2 理论分析

采用弹性抗力计算法对各剖面进行计算,结果显示基坑水平位移在20～36 mm之间,被动区最小抗力安全系数均≥1.2,满足规范要求,可证明此设计方案可满足基坑使用要求,理论计算方面是安全可靠的。

4 监测方案

4.1 监测项目

根据相关规范要求[4],本基坑按一级基坑进行监测,确定监测项目包括:基坑地表沉降、基坑周边建筑物沉降、临近基坑高压电塔沉降、立柱沉降、冠梁沉降、支护桩顶水平位移、支撑轴力、支护桩测斜监测等。本文选取支护桩顶水平位移、支护桩深层水平位移、临近基坑高压电塔沉降,支撑轴力四个项目监测数据进行分析。

4.2 监测点布置

从土方开挖至回填结束,对基坑及周边建筑物监测进行了全过程动态监测信息化施工,监测点平面布置见图4。

图4 基坑监测点平面布置图Fig.4 Layout of monitoring points

5 监测数据分析

2017年5月22日开始土方开挖,自此对基坑进行了初始监测,监测于8月16日结束。9月25日地下室底板全部浇筑完成,之后逐步拆除部分支撑,并于11月6日完成全部拆撑工作,11月12日完成地下室回填。

通过获取实时监测数据,选取典型数据进行处理分析,并与理论计算值进行对比,以验证支护方案的合理可行。

5.1 支护结构顶部水平位移监测

选取S3、S8、S13、S17、S21、S24六个典型监测点进行分析,各监测点水平位移随时间变化曲线如图5所示。

图5 支护结构顶部水平位移变化曲线图Fig.5 Curve of horizontal displacement at the top of supporting structure

由图5可知,随着基坑的不断开挖,支护结构顶部水平位移变化整体上呈增长趋势,8月13日前各监测点位移变化量差距较小,之后差距逐渐变大,11月11日出现最大位移值17 mm,根据施工现场记录可知,11月6日完成了混凝土支撑的全部拆除,由此可以说明基坑开挖对周边土层水土压力的改变需要经过一定的时间[5],同时支撑的设置与拆除对基坑整体受力状态起到重要的影响。支护结构上的土压力是随着开挖进程逐步形成,又随着支撑的设置而产生受力状态的改变。基坑东侧外有构筑物,荷载较大,S3与S8均位于此侧,相对其他监测点,位移值较大。

5.2 深层水平位移监测

深层水平位移监测是考察支护结构安全状况的重要指标。根据CX11监测点监测结果,绘制水平位移变化曲线(见图6)。2017年6月24日,最大水平位移值为1.39 mm,出现在-5 m深度处,8月31日与9月21日,在地表下1～2 m处位移量为负值,略有异常。11月12日在-4 m处出现最大水平位移值9.01 mm。此变化趋势与施工工况有关,-3.1 m处设置支撑后,支撑力较大推动基坑外移,负值产生,9月25日开始逐步拆除支撑,直至11月6日全部拆除完毕,在原支撑设置处附近(-4 m)出现了位移值。整体而言,该监测点深层水平位移前期变化幅度较小,后期变化较大,由此说明支撑体系的设置与拆除在控制基坑变形方面起着重要作用。

图6 CX11监测点水平位移—深度关系变化曲线图Fig.6 Relationship curves between horizontal displace and depth of CX11 monitoring points

5.3 临近高压电塔沉降监测

临近基坑东侧有两座高压电塔,在高压电塔四周选取D1、D2、D3、D4分析,各监测点沉降变化曲线如图7。从图7可知,4个监测点沉降量随时间变化趋势一致,沉降量均较小,数值上相差甚微,累计最大沉降量为5.12 mm,出现在D3监测点,由此说明该基坑的开挖对高压电塔的沉降影响很小,基坑支护措施有效,起到了必要的保护作用。

图7 高压电塔沉降变化曲线图Fig.7 Settlement curves of high voltage towers

5.4 支撑轴力监测

通过对采集数据的处理分析,绘制支撑轴力随时间变化曲线(见图8)。在基坑开挖初期,支撑轴力都在逐渐增大,这是由于基坑开挖使迎土侧主动土压力增大,导致围护桩水平方向上有向基坑内侧发展的趋势,从而使轴力增大;9月21日基坑底板浇筑完成后,各支撑轴力出现下降并趋于稳定,之后局部角撑的提前拆除,对未拆除支撑的受力产生影响,轴力出现波动。