某深基坑变形监测案例分析

林 莉，王小军，刘凯文

（1.昆山市建设工程质量检测中心，江苏 昆山 215337；2.昆山市城市轨道交通工程质量安全监督站，江苏 昆山 215337；3.苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215000）

0 引言

在现代化城市建设中，高层建筑、地铁项目等工程日益增多，也使深基坑工程向着更宽、更大、更深的方向发展［1］。深基坑工程作为国家规定的具有较大危险性的工程之一，在开挖施工过程中往往会引起支护结构内力变化、产生位移以及基坑内外土体变形等情况发生，因此风险性较大，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建筑物、构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成的经济损失和社会影响往往十分严重［2，3］。基坑监测不到位，往往会造成重大的安全事故发生。本文主要以某酒店深基坑为例，阐述深基坑监测的要点，研究基坑开完变形的规律，供类似工程的监测实践参考。

1 工程概况

主体建筑物为一栋 68.5 m×32 m 椭圆形办公楼（14 层），一栋 109 m×11.5 m 弧形五星级酒店（13 F），另有占地面积 222 m×212 m 不规则地下室（局部有夹层）。结构为框架剪力墙，基础型式采用桩筏基础。本地下室基坑周长总计约 835 m，地下室面积约为 34 171 m2，基坑开挖深度为 11.85～12.35 m，周边居民小区密集，地下管线错综复杂。如基坑开挖不当，则会对周边环境造成严重影响，甚至带来危害。

2 基坑监测内容

本工程基坑开挖深度最大为 12.35 m，属深大基坑范畴，依据规范［4，5］及基坑周边围护结构的要求，本基坑安全等级和基坑监测等级均为一级。基坑监测项目包括：①围护结构墙顶水平位移和垂直位移监测，共布设 29 个测点；②围护桩深层水平位移、坑外土体深层水平位移监测，共布设 38 个测点；③支撑轴力监测，共布设 32 个测点；④基坑内、外地下水位监测，共布设 36 个测点；⑤周边建（构）筑物垂直位移监测，共布设 45 个测点；⑥周边重要市政管线及道路变形监测，共设有 46 个测点。基准点共设 5 个，分布在 3 倍基坑开挖范围以外，具体监测点平面布置如图 1 所示。

图1 基坑监测点平面布置示意图

3 监测结果及分析

现场监测工作于 2016 年 6 月初开始，2019年 6 月 25 日完成所有监测工作，工期约 3 年，获得了大量监测数据，本文选取了从基坑开挖到第一道支撑拆除期间的典型数据进行分析。

3.1 围护结构墙顶位移

工程圈梁水平位移正常，均未超过设计报警值，主要时间段水平位移监测成果图如图 2、图 3 所示。从图中可知，水平位移曲线整体呈现“S”型，在施工后期数据趋于平缓，最大水平位移值为 20.9 mm，W20# 点，位于基坑南侧中部。圈梁水平位移速率也较小，均未超过设计报警值，说明第一道水平支撑起到了应有的力学作用，在拆除第一道支撑时，换撑也起到了较好的作用。但在图 3 中，能够明显看出 17.12.22 这个时间段的数据呈突升状，这是因为两道混凝土支撑拆除，应力释放导致圈梁水平位移速率陡增。

图2 水平位移曲线图

图3 水平位移速率图

基坑开挖时，由于卸荷及土体的应力释放，引起坑底土体向上回弹，使工程围护结构顶部发生上浮，监测数据如图 4、图 5 所示。图中上升最大值为 21.45 mm ，W20# 点，位于基坑南侧中部。从竖向位移速率的监测数据分析，在基坑开挖到底时，由于基坑底部隆起，导致圈梁上升速率陡增，如图 5 中 17/5/15，累计变化量达到最大值，待底板浇筑完成后，圈梁几乎稳定不变，沉降数据值也趋于平缓。

图4 竖向位移曲线图

图5 竖向位移速率图

3.2 深层水平位移

工程深层水平位移较大，相比之下，坑外土体位移比围护桩位移大。基坑开挖第一层土（约 2.7 m 深）时，基坑深层水平位移较小，其值为 14.77 mm，CX20# 孔（后期因坑外加固被破坏），位于基坑东侧中部；基坑开挖第二层土体深层位移有所增加，最大深层位移值为 26.81 mm，CX23# 孔，深度 9.5 m 的位置，位于基坑东南部位；当基坑开挖至底板位置时，水平位移增速较大，最大达到了 64.12 mm，CX23# 孔，深度 14.0 m 的位置，位于基坑东南角；由于基础底板未浇筑，深层位移继续增加，但幅度不大。底板浇筑完毕到拆除第二道水平支撑的时间段内，深层位移变化不大；拆除第二道水平支撑后，深层位移又有明显增加。CX23# 孔位移曲线图如图 6 所示。

图6 CX23# 孔深度-位移曲线图

3.3 支撑轴力监测

工程支撑轴力变化较大，多数超过设计轴力控制值的 80 %。如图 7 所示。在图 7 中可以看出，支护桩内力变化呈“S”形，随着开挖施工的进展，轴力值一直在增大，到最后一道支撑做完，慢慢趋于稳定值。

图7 轴力曲线图

3.4 基坑内、外地下水位

工程在基坑进行降水期间坑外地下水位变化明显，特别是微承压水的变化很大，这是基坑周边环境下沉较大的一个因素。如在降水期间 SW5-2# 孔和 SW1-10# 孔的水位变化非常明显，基坑降水过程中，位于基坑西侧中部（SW5-2# 孔附近）的两口降水井（98#、99#）出水量异常大，为其余井出水量的 5 倍以上，说明坑内降水使得坑外水位下降非常明显。水位变化曲线如图 8、图 9 所示。

图8 SW5-2# 孔水温变化曲线图

图9 SW1-10# 孔水位变化曲线图

3.5 周边建筑物垂直位移

受基坑变形和降水引起的地下水位下降等因素影响，工程基坑周边建筑物沉降量很大，周边建筑累计沉降量最大值已达 139.55 mm，CF5-2# 点，位于基坑东侧。该栋建筑为一层建筑（砖混结构），基础为天然地基，是距离基坑最近的房屋建筑（距离约 5 m）。

基坑开挖过程中，位于基坑东侧坑壁曾出现过两次流砂现象，均在基坑挖取最后一层土时出现，如图 10 所示。第一次产生流砂时基坑周边房屋沉降较小，没有受到明显影响，但基坑边围墙外侧绿化带土体出现明显下陷，并出现明显裂缝；第二次产生流砂时，位于基坑东侧的 CF3-1# 点2 d 沉降量为 8.34 mm，沉降速率达到 4.170 mm/d，速率突然增大，说明此次基坑侧壁流砂对③#楼影响较大。但此次流砂被施工单位及时堵住，后期监测 CF3-1# 点沉降速率明显减小。

图10 坑壁流砂示意图

此外，位于基坑东侧南部的其余 4 栋居民住宅楼（5～7 F）以及位于基坑北侧的一栋 7 层居民住宅楼沉降量也很大，最大沉降量均超过 100 mm。从基坑施工时间节点来分析基坑周边建筑沉降，基坑在进行第一次降水、挖取第二层土和挖取第三层土 3 个时间段沉降量最大，各时间段最大沉降量分别为 25.02、21.69、45.00 mm。监测数据显示，基坑施工对周边建筑影响存在“滞后”状。如基坑在第一次降水停止后到次年开工期间（约 3 个半月），周边房屋仍然在下沉，而不是基坑停止降水后房屋下沉就立即停止；另在基础全部回填后很长一段时间内，基坑周边建筑仍在下沉，并且许多建筑沉降速率仍然未达到 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》中规定的稳定标准。

4 监测结论及建议

通过对本工程基坑的监测，可发现如下问题：围护结构变形较大，围护桩深层水平位移、支撑轴力等均超过设计报警值。因坑底隆起而引起的立柱上浮非常明显，围护桩也是普遍上浮。坑外土体深层水平位移较大，超过报警值。深层水平位移最大值均出现在坑底标高±2.0 m 范围内。在降水期间，坑外微承压水水位下降明显，说明止水帷幕没有达到预期的止水效果。基坑周边房屋、道路及管线沉降很大，超过报警值许多。

建议在基坑施工过程中，应注意保护好监测点（孔），以免数据脱节，影响对基坑状态的准确评价；基坑在降水过程中，应做到按需降水，只要保证水位下降到开挖面以下约 1.0 m 即可，在开挖深度较浅时，不必将抽水泵放到降水井底，以免因抽水过多而引起的周边环境的下沉；开挖到底后，应加紧垫层和基础底板施工，在底板施工后，基坑本身的变形速率以及周边环境的变形速率就会明显减小；基坑支撑拆除前，换撑应达到设计强度，可以考虑先回填部分土体，以减少拆撑时围护桩应力释放而带来的基坑及周边环境变形。

5 结语

随着各大、中城市开始修建地铁，地质条件较差的地区开展深基坑工程难度较大，因此在施工过程中对地下连续墙的水平位移以及周边沉降的监测必不可少。在基坑施工中，采用一定的监测手段，可以减少施工的盲目性，及时发现施工过程中的异常并报警，保证基坑的安全施工。通过监测数据的搜集分析为基坑支护的动态设计提供充分的依据也有可能达到意想不到的效果。Q