福州某深基坑工程监测实例分析

朱毅斌

(福建省水产设计院 福建福州 350001)

0 引言

近年来，基坑监测方法有了很大提高，对于监测数据的分析处理也有了新的进展，通过监测数据反演土体力学参数，反馈给设计单位，实现动态设计、优化设计，并通过监测数据预测未来一段时间内基坑的变形情况，从而对保障基坑稳定性、指导施工、动态设计具有积极作用。本文以福州某大厦基坑开挖为例，通过对基坑支护结构的监测与数据分析，研究支护结构应力变化与位移情况，并及时反馈给设计单位，实现了信息化施工、动态设计，进而确保了周边建(构)筑物的安全[1]。

1 工程概况

某大厦位于福州市五四北路和二环路交叉口的东南角。基坑北侧为二环路高架桥，东侧为省老干局高压配电房(2层、框架结构)，南侧为湖前内河河堤，铺设有10万伏高压电缆。该大厦地上30层，地下3层，基坑占地面积约2000m2。基坑开挖深度约12.6m。

该场地地质土层自上而下为：

①素填土 1.70～2.40m厚；

②淤泥 13.00～15.00m厚；

③含泥碎砾石 0.50～3.00m厚；

④粘土 5.00～8.00m厚。

竖向支护桩采用Φ800冲(钻)孔灌注桩，于1994年施工完成后一直处于停工状态，直至2007年下半年开始外围水泥搅拌桩及水平支撑立柱的施工。

2 基坑支护设计

基坑支护采用C30钢筋混凝土冲(钻)孔灌注桩，桩径Φ800mm，桩长22m，桩距950mm，桩顶设0.50m厚C30钢筋混凝土冠梁，内设三道水平内支撑。其支护系统平面图、断面图如图1～图2所示。

图1 支护系统平面图

图2 支护剖面图

3 监测结果与分析

3.1 监测内容

根据设计图纸及相关规范要求，对基坑支护结构及周边情况进行了监测。主要监测内容有：支撑轴力、连续墙后土体深层位移、连续墙顶部水平位移、立柱竖向位移及周边建(构)筑物竖向位移、水位监测等。测点的布置根据设计图纸及现场实际情况布设，如图3所示。

图3 监测点位布置图

3.2 主要监测成果的监测数据分析

在每道支撑上分别布设6组应力传感器，应力传感器均布设在支撑梁垂直面两侧，如图3所示。支撑应力实际上是支撑对周围土压力的集中反力，其数值大小及变化情况与施工进程密切相关。三道支撑的平均应力随时间变化的结果如图4所示。

图4 三道支撑的应力随时间变化曲线

由图4分析可见三道支撑应力变化情况如下：

(1)基坑的第一道支撑在开挖过程中，支撑应力变化较平缓，平均应力在-10kN左右。

(2)第二道支撑在开挖过程中的变化不均匀，且数值各不相同，其大小变化与支撑部件的位置受力不同及开挖顺序有关，南北向中间两道支撑的受力变化较大。开挖至坑底后，应力达到最大值；底板浇捣后，应力逐渐减少，在拆除第三道支撑时，应力又逐渐增大。

(3)第三道支撑的平均应力比第二道支撑的平均应力小，其平均应力约为-7kN。当基础底板浇捣后，由于基础产生的压力变化和水化膨胀作用，使得第二道和第三道支撑的应力有所下降。

3.3 地下连续墙后土体水平位移

地下连续墙墙体在土体开挖后，墙体受力增加产生一定的变形，通过对围护桩后土体的测斜管监测，可以适当反映墙体变形。在基坑四周共布设9个24m深的测斜管，东西南北各边主要测试结果如图5所示。

图5 连续墙后土体深层位移沿深度随时间变化曲线

由图5可见连续墙后土体深层位移沿深度变化如下：

(1)深层位移曲线特征为两端小，中间大，且最大水平位移处随开挖深度逐渐增大，向下移动，最终在基坑底面附近处达到最大，最大位移变形为44mm(南侧)。

(2)在第一道支撑做好后到第二道支撑完成前，墙体的水平位移变化速率逐渐增大；当第二道支撑完成后，位移速率有所下降，但随开挖的继续，速率又开始增大。相对位移速率变化较大，从而引起第二道支撑应力的增加。

3.4 连续墙顶部水平位移

连续墙顶部水平位移是墙体最直接变形量的反应，其变形量的大小，主要取决于基坑的宽度、开挖深度、土层的性质、墙体刚度、入土深度、开挖支撑形式及施工工艺等。监测点如图3所示，测试结果如图6所示。

图6 连续墙顶部水平位移随时间变化曲线

从图6可看出连续墙顶部水平位移变化如下：

最大水平位移变化均发生在连续墙体中部，且东侧和南北侧的顶部水平位移相对较大，这与基坑的宽度较大有关。

3.5 立柱沉降

除监测连续墙墙体水平位移外，还要监测土体开挖对地下连续墙引起的隆起或沉降。同时，由于基坑的开挖，在基坑的底部引起隆起或沉降使立柱桩向上或向下产生侧向力，从而使支撑有失稳破坏的可能。

立柱沉降点位布设如图3所示。四周墙体及立柱呈上浮变形，但变形值均较小，最大为3mm。这是由于基坑开挖土体卸载回弹，以及围护墙侧土体侧限解除，从而带动了四周墙体及立柱发生向上的位移。

3.6 周边建(构)筑物沉降

在基坑施工期间，对邻近场地的道路、湖前河岸、老干局配电房等建(构)筑物进行沉降监测，具体监测点位如图3所示。

3.6.1邻近道路监测

基坑北侧邻近道路沉降最大为56.7mm，而基坑北侧顶部最大变形为25mm，说明基坑周边土体变形以沉降为主，这也与施工期间大型车辆进出荷载有关。

3.6.2湖前河岸沉降监测

该基坑南侧河岸埋设有10万伏高压电缆，在基坑施工前，特将电缆暴露，周围用沙覆盖。由于南侧基坑支护桩中心距离河岸仅3m，为安全起见，在水泥搅拌桩施工时，在河道内架设满堂架支撑河道。邻近河岸最大沉降量为28.4mm，最小为7.4mm，平均沉降17.1mm。

3.6.3老干局配电房沉降监测

配电房监测点中，其最大沉降量为11.3mm(F7点)，最小沉降为6.9mm(F4点)，平均沉降为8.4mm，相邻沉降差最大为3.8mm(F5和F6点间)，其相邻沉降差满足规范(GB50007-2002)规定的0.002L的要求(L为相邻监测点的距离，单位mm)，但顶层楼板出现部分裂缝，后经修补后，未再出现新增裂缝。配电房运行正常。

3.7 设计优化

根据监测点数据监测数据反馈分析，各边中间深部位移较大，两端较小；墙顶水平位移变化最大处也发生在墙体中部，且东侧、南北侧顶部水平位移相对较大。对原设计两端的内支撑间距适当优化，并调整各边中部的支撑点位置，使中部支撑点位根据实际灌注桩施工完成后的位置设置的更为合理。

4 结论

通过该工程监测方案的实施和施工过程中的信息化监测，有效地保护了基坑支护结构和周边环境的安全，证明设计方案与施工组织是相对有效的，根据以上分析，可得出以下几点结论：

(1)合理的土体暴露时间。基坑开挖中，深层土体的开挖会引起较大的支撑结构应力与支护结构的位移及土体沉降变形。施工中应严格控制这部分土体的暴露时间，及时架设支撑和浇筑混凝土底板，以减少基坑的变形和支护结构的变形。基坑工程具有时空效应，土侧压力与开挖步骤密切相关及基坑弯处与侧边中部的变形有较大差异。从连续墙顶部水平位移随时间变化曲线分析，在不规则深基坑中阳角位置一般为基坑的薄弱位置，支护变形较基他位置偏大。

(2)数据反馈设计，实现动态设计。从监测结果表明，墙体后土体最大变形为44mm，与墙体的埋深(22m)和基坑的深度(12.6m)之比分别为0.20%和0.35%，均在一般工程许可范围内。数据反馈设计，加快工程进度，缩短工期，节省建设投资，收到较好的经济效益。

(3)组织监测，做到信息化施工。由于深基坑支护工程中，荷载难于确定，而地质条件和施工条件又较复杂，所以有必要对整个施工过程进行监测，这样，既可以对理论设计的结果进行比较与验证，又可以将监测的数据进行反馈，指导施工进程，做到信息化施工[2]。