基于施工全过程的深圳某深基坑工程监测分析

余成华， 周建雄

(深圳市勘察研究院有限公司， 广东 深圳 518026)

近年来随着城市建设的快速发展和城市用地的日趋紧张，深基坑工程施工不可避免地影响周边既有建筑物、地下管线和临近的地铁隧道[1-3]。因此，保证基坑围护结构的稳定性以及严格控制因基坑施工而导致的周边地面沉降和变形，对于降低对基坑周边环境的影响至关重要。在基坑施工的全过程，利用信息化监测技术进行实时监测，可反馈于基坑开挖，以便采取有效措施应对可能发生的基坑失稳或过大变形对周边的影响[4-5]。

奚家米等[6]以上海地区某深基坑工程为背景，利用围护结构顶部水平位移、垂直沉降、临近道路地表沉降和内支撑轴力等信息化监测数据，指导了复杂环境下软土基坑的施工。龙林和李之达[7]以长沙市某深基坑为案例，基于监测数据分析了桩锚支护和土钉支护在长沙地区的适用性。丁智等[8]根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据，对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究，探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。叶帅华等[9]以中国移动甘肃公司深基坑工程为实例，在基坑开挖施工过程中，分别对水平位移和竖向位移进行了实时监测，并根据监测结果探讨了所用支护形式在兰州地区的适用性。庄海洋等[10]以上海地区某深软场地地铁狭长深基坑为工程背景，对开挖引起的地表和周边建筑物沉降、地下连续墙侧移、墙顶和立柱竖向位移等的监测数据进行了详细地统计和分析，探讨了深软场地狭长深基坑变形的时空分布特征及其主要诱因。

本文以深圳某深基坑工程为例，基于施工全过程的监测数据，分析不同施工阶段的地面沉降、立柱沉降、临近地铁站风亭结构沉降、支护桩水平位移、基坑周边水平位移和锚索轴向拉力以及基坑周边地下水位的变化特征，以期为深圳市类似基坑的设计和施工提供有价值的参考。

1 基坑工程概况

研究场地位于深圳市宝安区西乡体育中心附近，场地拟建4栋32层、1栋27层建筑物，均为框剪结构，地下2层。

基坑东北侧为宝源路，该侧有地铁11号线施工区(该区间段为明挖隧道，已完成隧道结构施工并回填)，距离基坑边约34.6 m；基坑东南侧为空地；基坑西南侧为三号路，基坑西北侧为银田路。场地现状地面标高3.73～5.00 m，基坑周边无管线。基坑长约143.3 m，宽113.4 m，周长507.2 m，面积16 731.2 m2，开挖深度9.0～10.0 m。

1.1 工程及水文地质条件

基坑场地的岩土层自上而下为：①第四系杂填土(Q4ml)；②第四系海积冲积淤泥、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土(Q4mc)；③第四系冲洪积物含砂粉质黏土、粉质黏土、黏土(Q4al+pl)；④第世系残积砂质黏性土、残积黏性土(Q4el)；⑤中元古界长城系混合花岗岩(Ch)。

基坑场地内无地表水。地下水主要赋存于第四系全新世土层中的孔隙水和风化基岩中的裂隙水，属于潜水类型，为强透水层与弱透水层共存的湿润区，其稳定水位埋深0.96～2.86 m。相关土层参数见表1。

表1 土层物理力学参数

1.2 基坑支护方案与施工步骤

基坑支护结构平面布置图(包括监测点布置)、典型剖面图(1-1剖面和7-7剖面)分别如图1～图3所示。具体支护方案如下：

图1 基坑支护及监测点平面图

图2 基坑1-1剖面图

图3 基坑7-7剖面图

1)基坑北侧(ABCD段)采用双排桩支护(旋挖灌注桩)。

2)基坑东北侧靠近宝源路，在建地铁11号线施工区(DEF段)采用支护桩(旋挖灌注桩)+内支撑支护，其中DE段设置一道支撑，EF段设置两道支撑。

3)基坑东北侧规划路FGH段采用支护桩[钻(冲)孔灌注桩]+内支撑支护，其中FG段设置两道支撑，GH段设置一道支撑。

4)基坑HJKLM段，采用支护桩[钻(冲)孔灌注桩]+锚索支护。锚索采用3×7φ5或4×7φ5预应力锚索，共设置3道，入射角为35°。

5)基坑MA段采用支护桩[钻(冲)孔灌注桩]+内支撑支护，在支护桩冠梁处设置一道内支撑。

上述支护方案中：旋挖灌注桩直径为1.2 m，桩间距为1.6 m；钻(冲)孔灌注桩直径为1.0 m，桩间距为1.6 m。所有支护桩后设两排直径0.55 m、间距0.4 m的搅拌桩止水，且搅拌桩桩底进入坑底3.0 m或至强风化花岗混合岩面；桩间设一排直径0.55 m、间距0.4 m的搅拌桩加固桩间软土。内支撑为1.0 m×1.0 m钢筋混凝土支撑梁，双排桩桩顶设1.2 m×1.0 m钢筋混凝土刚架梁。支护桩侧均挂直径6.5 mm，间距200 mm×200 mm钢筋网，并喷射100 mm厚混凝土面层。

基坑主要施工工况见表2。

表2 基坑全过程施工工况

1.3 基坑监测方案

基坑主要监测项目为：①沉降监测，包括基坑周边地铁风亭、道路、内支撑立柱沉降等(编号C01～C40)；②水平位移监测，主要布设在支护桩冠梁(S01～S20)和基坑坡顶(S21～S39)；③地下水位监测(W01～W12)；④锚索拉力监测(M1～M3)。监测点布置如图1所示。监测频率为：土方开挖期间每3 d监测一次，开挖至坑底后每天监测1次，10 d 后每3 d监测一次，底板完成后每1周监测1次，直至土方回填。监测报警及控制值见表3。

表3 基坑监测报警值及控制值

2 基坑监测结果及分析

2.1 地面、立柱及地铁风亭结构沉降

根据监测数据，取地面累积沉降量大于20 mm的监测点为代表性监测点进行分析，其地表累积沉降量随时间变化曲线如图4所示。

图4 地面沉降监测结果

结合监测数据及图4可知，监测点C19在基坑土方开挖后一直呈增大趋势，最终累积沉降量达33.84 mm。监测点C2、C5、C6、C7自第一道内支撑和第一道锚索施工结束前有微弱隆起，然后开始沉降，其中C2沉降量呈快速增大趋势，最终达 44.1 mm。根据表3，上述监测点均未达到报警值。由图1可知，监测点C2位于内支撑和预应力锚索支护结构的交界处，表明不同支护结构的变换处地面沉降较大，在施工时应引起重视。

绘制内支撑立柱上所有沉降监测点的监测数据随时间变化曲线，如图5所示。由图5可知，立柱各沉降监测点随基坑开挖先表现隆起，后表现沉降。其中，C24沉降监测点的累积沉降量较大，约达10.3 mm。所有沉降监测点的累积沉降量均未达到报警值(24 mm)。立柱这种先隆起后沉降的过程与基坑开挖过程中土体的回弹变形有关。在土方开挖至坑底标高前(工况Ⅱ-Ⅴ)，由于坑内卸荷，导致了坑底产生回弹变形，监测值表现出隆起。随着底板的施工立柱拆除和换撑、地下室结构的施工(工况Ⅵ)，立柱沉降呈波动趋势。上述监测结果表明，在深基坑土方开挖过程中应注意坑底回弹的影响。

图5 立柱沉降监测结果

地铁站风亭结构上布置的4个沉降监测点(C37～C40)的累积沉降量如图6所示。由图6可知，在工况Ⅱ即土方开挖至冠梁底标高时，地铁风亭结构沉降量达到最大值(约4 mm)，之后随着冠梁、第一道内支撑施工完成后沉降量逐渐减小，随后维持在3 mm范围内波动，小于报警值(8 mm)。

图6 地铁站风亭沉降监测结果

2.2 支护桩水平位移

选择支护桩顶累积水平位移量超过8 mm的监测点为代表性监测点，其累积水平位移随时间变化如图7所示，以位移正值表示向坑内变形。由图7可知，支护桩顶的水平位移均向坑内，且随分层分段开挖均持续增大，但总体未达到报警值(24 mm)，表明在整个基坑施工过程中支护桩的变形在允许值范围内。此外，从图7还可以看出，支护桩顶水平位移较大的监测点基本上位于施加预应力锚索段(如S11、S12)，而内支撑支护段的桩顶位移较小(如S17、S18)。上述监测结果表明，内支撑对约束支护桩变形相比预应力锚索具有一定的优势。

图7 支护桩顶水平位移监测结果

图8为累积水平位移大于6 mm的基坑周边监测点的监测曲线。由图8可知，在整个基坑的施工过程中，基坑周边地表几乎均向坑内变形，且呈现两阶段变形特征。首选在放坡开挖、第一道支撑和第一道锚索施工期间(工况Ⅱ-Ⅲ)，基坑周边有一定的变形，且以临近地铁站风亭监测点S39变形最为明显。此后，随着坑内土方开挖至地下室施工结束(工况Ⅳ-Ⅳ)，基坑周边地表持续变形并趋于稳定。结合图1中的监测点位置发现，基坑周边地面发生较大水平位移主要集中在基坑的东北侧。其中，监测点S35～S39位于临近地铁侧，S39位于附近(累积水平位移接近12 mm)。上述监测点的水平位移变化曲线表明，尽管累积水平位移均未达到报警值(32 mm)，但基坑开挖对临近地铁仍具有一定的影响。

图8 地面水平位移监测结果

2.3 锚索拉力

M1、M2和M3分别为HJ、JKL和LM段代表性锚索轴向拉力监测点，且所有锚索测力计均安装在第一道锚索上。根据基坑支护方案，HJ、JKL和LM段第一道锚索的轴向拉力标准值N分别为360、330、330 kN。3个代表性锚索轴向拉力监测值随时间变化曲线如图9所示。由图9可知，3个锚索轴向拉力监测值均小于报警值(0.8N)。M1和M2监测点的锚索轴向拉力先下降后维持在相对稳定水平，M3监测点的锚索轴向拉力虽有一定程度的增大，但也未超出报警值。上述监测结果表明，预应力锚索在基坑整个开挖至地下室结构施工期间(工况Ⅴ-Ⅵ)的工作状况良好。

图9 锚索轴向拉力监测结果

2.4 地下水位

地下水位监测点布置在基坑坑外四周，其中监测点W03和W04由于锚索施工导致井孔阻塞，无法观测到地下水位，故分析了其余10个井孔内的地下水位数据，其随时间变化曲线如图10所示。

图10 基坑周边地下水位监测结果

由图10可知，所有监测点的地下水位在分段分层开挖阶段(工况Ⅳ-Ⅴ)均下降，然后在内支撑段拆撑和地下室结构施工期间基本保持平稳状态。对于监测点W01、W02、W05、W07、W12，初始地下水位与最低点地下水位差值分别为1.03、2.13、2.87、1.98、2.08 m，均小于报警值3.2 m。但对于监测点W06、W08、W09、W10、W11来说，地下水位最大下降幅度分别为5.0、3.54、3.56、4.16、4.93 m。根据表2，监测点W08和W09的地下水位下降幅度超过报警值3.2 m，监测点W06、W10和W11的地下水位下降幅度超过了设计控制值4.0 m。由于地下水位的大幅下降，会引起土层中有效应力的增加而导致附加沉降，故施工单位需引起重视，采取合适的措施(如回灌)控制基坑周边地面沉降。

3 结论

以深圳某深基坑工程为例，基于施工全过程的监测数据，分析了不同施工阶段的地面沉降、立柱沉降、临近地铁站风亭结构沉降、支护桩水平位移、基坑周边水平位移和锚索轴向拉力以及基坑周边地下水位的变化特征。主要结论如下：

1)位于内支撑和预应力锚索支护结构交界处的地面沉降较大。坑内土方开挖卸荷会导致坑底产生回弹变形，立柱有微弱隆起变形。地铁风亭结构在土方开挖至冠梁底标高时沉降最大，后随着冠梁、第一道内支撑施工完成后沉降量逐渐减小。所有沉降监测点的累积沉降量均未达到报警值。

2)支护桩顶的水平位移均向坑内，且随基坑土方开挖持续增大，且桩顶位移在内支撑支护段要小于预应力锚索段。基坑周边地表水平位移也指向坑内，且在临近的地铁站风亭处变形最为明显。所有监测点的水平位移均未达到报警值。

3)预应力锚索在基坑整个开挖至地下室结构施工期间的工作状况良好。基坑周边地下水位在分段分层开挖阶段均下降，然后在内支撑段拆撑和地下室结构施工期间基本保持平稳状态。部分监测点累积地下水位下降幅度超过报警值和控制值，施工单位需采取合适的措施(如回灌)控制基坑周边因地下水位大幅下降引起的附加沉降。