基坑工程中土钉墙的信息化监测应用

刘治国 罗才松 孙旭龙 李义唐 王相程

摘要：土钉墙支护结构作为一种较好的原位土加固技术，具有施工速度快，安全经济等优点，被普遍应用在基坑工程支护结构中。本文针对基坑支护结构的机理，通过对某沿海城市基坑工程土钉墙支护结构的水平位移及土体深层水平位移进行监测，对基坑施工技术、监测方案以及监测数据进行了详尽分析，结果表明基坑工程中土钉墙支护技术的信息化监测应用具有较好的经济性和适用性，对今后类似工程提供有价值的工程经验。

Abstract： The soil nailing wall is widely used in the supporting structure of foundation pit engineering as a better in-situ soil reinforcement technology， due to the advantages of soil nailing wall， such as the fast construction， safety and economy， and so on. In this paper， by the working mechanism of supporting structures of foundation pits， the monitoring and analysis of horizontal displacements of soil-nailing walls and deep soils in a foundation pit of a coastal city were carried out. Moreover， the monitoring program and monitoring data of foundation pits were analyzed in detail， as well as the construction technology. The results shown that the application of the information monitoring to soil-nailing walls in foundation pits has economy and applicability， and this provides valuable engineering experiences for similar projects in the future.

关键词：土钉墙支护结构;基坑;信息化;监测

Key words： soil-nailing wall;foundation pit;informatization;monitoring

中图分类号：TV551.4                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）18-0225-03

0  引言

土釘墙是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固，边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层混凝土面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。土钉墙具有合理利用土体的自稳能力，结构轻型，柔性大，施工速度快，造价低的特点。此外，土钉墙的施工特点是边开挖边支护，通过监测，一旦原来的勘察报告不符合实际的地质状况，可以及时进行调整设计参数，另外，如果施工出现其他异常，也可以及时采取补救措施，这样能够最大程度地避免事故的发生，工程的安全可靠性大大提高。这些特点对于基坑工程的信息化施工[1，2]有极大的意义。

本文以某沿海城市基坑为研究的工程依托，通过对该工程土钉墙支护结构的水平位移及周边建筑物的沉降进行监测和分析，对基坑施工技术、监测方案以及监测数据进行了详尽分析，介绍土钉墙支护技术在基坑信息化监测工程中应用的经济性和适用性，以便于有效指导现场施工，保证整个围护结构在施工过程中的安全，对今后类似工程提供有价值的工程经验。

1  工程概况

1.1 周围环境条件

本工程地处于某沿海城市街道办事处的在建安置房场地，场地西南侧为省道，场地东南侧为约20m宽道路，场地东北部为在建住宅楼。现有场地为拆迁后的回填地，尚未进行平整，场地一般高程在4.46～8.37m之间（黄海标高）。主体工程由6栋12～18层的高层建筑组成，其中1#～3#楼同处一个地下室，地下室面积为7872m2，基坑开挖深度约5m，基坑安全等级为二级。

工程设计中基础采用桩基础方案，基础（承台）埋置深度2.0～5.5m左右。

1.2 场区工程地质条件

基坑开挖范围内主要土层自上而下为①杂填土;②粉质粘土、②a淤泥质土;③含砂粗中砂;④淤泥质土;⑤含泥粗中砂;⑥粉质粘土、⑥a淤泥质土;⑦含泥粗中砂;⑧卵石;⑨a强风化花岗岩（砂砾状）、⑨b强风化花岗岩（块状）;⑩中（微）风化花岗岩。

1.3 场区水文地质条件

根据勘察揭露地层情况分析，场地内的含水层可细分为：上部杂填土中的上层滞水、中部砂层（③含泥粗中砂、⑤含泥粗中砂、⑦含泥粗中砂、⑧卵石）中的孔隙微承压水以及下部的花岗岩风化带中的孔隙—裂隙水。本场地近3～5年最高水位标高约5.0m，50年一遇最高水位标高约5.30m。由于本场地周边地块已人工回填3～4m的填土层，考虑到受上部填土层中的上层滞水、北渠的水力坡降影响，建筑物抗浮设计水位标高建议取黄海高程5.50m。

由于本工程设有一层地下室，地下室底板（底板标高3.50m）在134#～78#～129#孔一侧以北将落在②粉质粘土中，在134#～78#～129#孔一侧以南将落在③含泥粗中砂层中。对基坑开挖有直接影响的含水层有：①杂填土层中的上层滞水和③含泥粗中砂层中的微承压水。为查明场地上部①杂填土层及③含泥粗中砂层中地下水的埋藏条件和水文地质参数，为基坑开挖及降水设计提供依据。

2  基坑开挖支护

本期工程设计为一层地下室，开挖面积为7872m2，基坑开挖支护采用放坡结合土钉墙支护方式。

基础施工后，上部杂填土2m采用放坡开挖，以下部分采取土钉墙支护[3]，坡面采用钢筋网+喷射混凝土处理，对基坑南侧采取搅拌桩止水帷幕等施工措施。采用本方案时，应注意支护体系的位移监控，采取动态设计、信息化施工方法，通过施工监测及时反馈施工信息，并及时调整设计、施工方案，对可能出现的问题及时采取预防、整治措施，做到安全、经济、合理。在设置挡土结构后，基坑开挖时应该注意基坑降水，尤其要注意在坑底、护坡墙面、基坑周边等做好截水和排水工作。

有关挡土结构设计计算参数参见表1。基坑支护见图1。

3  基坑监测与分析

3.1 基坑监测方案

为确保基坑安全，施工时应进行施工监测，主要内容包括预制桩的打桩监测及基坑开挖、降水施工监测。场地周围地面、道路的隆起、裂缝及邻近建筑物（构筑物）、管道、东侧排洪渠挡墙的沉降、倾斜、裂缝监测，工程桩的位移监测等。基坑开挖及降水施工监测主要内容：挡土结构倾斜、位移监测，周围建筑物及道路路面、管道等的沉降、裂缝监测，地下水位监测等。

通过监测信息指导施工，为了保证挡土结构体系安全，应该根据实际情况调整施工方案和施工顺序，并对邻近建（构）筑物及周围环境采取预防保护措施。监测点平面布置见图2，具体监测内容及预警值见表2[5，6]。

3.2 围护结构水平位移监测结果及分析

在基坑的支护桩上共设置16个监测点，2月19日开始对基坑支护结构桩顶进行水平位移的监测，支护桩位移监测数据取于基坑开挖至坑底一段时间稳定后进行分析。

对基坑实行动态监测，每个项目都应该设定相应的警戒值。

在基坑的动态监测过程中，每个项目都应根据保护对象的实际情况，事先确定相应的警戒值。围护结构水平位移的监测预警指标：日位移超过3mm和总位移值超过30mm，或连续3日水平位移平均超过2mm且不收敛。从表4监测的数据成果可以得出：随着基坑土方分段開挖，在开挖出支护结构的桩顶的水平位移随开挖深度也在变化，当开挖到第一层结束时，1#累计水平位移量为16.12mm，平均位移速率为0.31mm/d，支护结构的变形在允许范围内。基坑监测1#-16#共16个测点的日位移量和累积位移量均在设计预警指标范围内，且各测点的侧移速率均在设计预警指标范围内。

由上可知，该工程采用放坡结合土钉墙，并在支护面设置搅拌桩止水帷幕的支护方式提高了土钉墙的整体稳定性，能有效地控制支护结构的位移变化。同时，由于基坑是分阶段开挖，基坑开挖期间桩顶水平位移逐渐增大，我们应注意对其位移速率变化相对较大时，应及时加大监测频率并做出相应分析。在基坑施工过程中加强监测力度，保证基坑的整体安全。

3.3 土体深层水平位移监测结果及分析

土体深层水平位移是基坑监测分析当中最重要的指标之一，直接反映了基坑开挖期间施工安全与否。本次监测在基坑四周一共设置了16个土体侧向位移测斜孔，编号分别为1#-16#。本文任选取其中4个测斜孔的数据对监测时间从3月28日到6月2日的数据进行对比分析，图3分别为4个测斜孔的水平位移与时间关系曲线。

从图3中可以看出，四个不同的测斜孔中土体深层水平位移随深度的变化规律基本上是相似的，其变化趋势较为平缓。如图所示，开挖位置处土体的侧向位移随着基坑土层的开挖逐渐增大，最大位移处在基坑的顶部，发生位移值的时间是6月2日，也就是基坑监测的最后一天。这说明该测斜孔监测点的土体深层水平位移在随着基坑开挖深度的增加而逐渐增大，并开始逐步趋向稳定。随着开挖深度的加深，其水平位移也相应增加，说明基坑开挖加深，土压力在不断增大。另外，从基坑周边土体深层水平位移监测结果表来看，1#监测点的最大土体深层水平位移为29.33mm，位置在孔深0.5m处;5#监测点的最大土体深层水平位移为18.27mm，位置在孔深0.5m处;13#监测点的最大土体深层水平位移为22.86mm，位置在孔深0.5m处;16#监测点的最大土体深层水平位移为17.64mm，位置在孔深0.5m处。所以，除1#测斜孔外，其他监测点的土体深层水平位移均小于预警值（25mm）。1#测斜孔监测点的土体深层水平位移略大于预警值，应及时加大监测频率并做出相应分析，从而加强监测力度，以便于保证基坑的整体安全。

4  结论

文中以某沿海城市基坑为研究的工程依托，采用放坡结合土钉墙，并在支护面设置搅拌桩止水帷幕的支护方式提高了土钉墙的整体稳定性，能有效地控制支护结构的位移变化，有效扩大了土钉墙支护结构的应用范围。并且通过监测证明了基坑的稳定性，说明了设计方案的可靠性。同时，本工程的安全顺利施工证明，在深刻了解地质情况和周边环境的前提下，采用土钉墙结合搅拌桩止水帷幕的支护结构可用于地下水位以下的土层。搅拌桩止水帷幕与土钉墙的复合型基坑支护形式适用于一些的可行、安全、经济的支护结构形式。

参考文献：

[1]杨有海，王建军，武进广，等.杭州地铁秋涛路车站深基坑信息化施工监测分析[J].岩土工程学报，2008，30（10）：1550-1554.

[2]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]安关峰，高峻岳.广州石牌桥地铁车站深基坑信息化施工与分析[J].岩土力学，2005，26（11）：1837-1840.

[4]JGJ8—2016，建筑变形测量规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[5]GB50026—2007，工程测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.