基于监测数据的深基坑开挖对临近建筑物影响研究

汪 林，杨玉龙

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安 710043）

0 引言

建筑物的变形特征分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。其中，沉降量主要用于计算独立柱基础和地基变形较均匀的排架结构柱基的沉降量，也可预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形量[1]。由变形特征的作用，就可以根据不同的结构形式，确定如何控制它们，由控制值的大小确定建筑是否安全。

另外，建筑物沉降又与建筑物的基础结构形式、建筑物的上部结构采用的体系其对应地基的承载力紧密相连，而地质情况又决定了建筑物地基的承载力[2]。

通过对各施工阶段建筑物进行监测，收集沉降数据并研究深基坑开挖过程中建筑物沉降变化的规律，确定每个施工阶段建筑物沉降的大小及趋势，制定相对应的控制措施，可有效控制建筑物的沉降，降低环境风险，达到安全施工的目的。

1 工程概况

工程主体基坑外包尺寸为30.00 m×7.00 m，采用明挖方法施工，围护结构形式为地下连续墙（墙厚0.80 m），底板埋深约为17.50 m。基坑北侧有7层混凝土保护建筑物距离主体结构4.40 m，地下1层，筏板基础。基坑支撑体系由第一道混凝土支撑，第二、三道钢支撑及倒撑组成。

依据前期地勘报告及设计图纸，场地内地层为典型松花江漫滩地貌单元特征，地基土分布不均匀，性质变化较大。浅部地层为杂填土、粉质黏土、粉砂、细砂，中部地层为细砂、中砂、粗砂、粉质黏土，下部土层为中砂、砂砾、黏土、泥岩。各土层分布情况见表1。

表1 各层围岩分类及埋深统计表

2 总体施工方案

2.1 基坑开挖及支护方案

1）基坑开挖

在地连墙、冠梁达到设计强度后分段、分区、分层、对称进行基坑开挖，并遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。每步开挖所暴露的地连墙宽度控制在5.00 m，每层开挖深度不大于2.00 m。各步序挖土及支撑的架设时间均未超过16 h。坑底保留200～300 mm厚土层用人工挖除整平，防止坑底土体扰动。

2）支撑的设置

靠近建筑物的基坑段采用3道支撑加1道倒撑。拆撑、换撑顺序：随挖随撑开挖至底板下基坑底，浇筑混凝土垫层、结构底板及部分负二层侧墙至第三道支撑底，待其达到设计强度后，先架设换撑并施加预加轴力，然后拆除第三道钢支撑；继续向上浇筑剩余负二层侧墙、中板及部分负一层侧墙，待其达到设计强度后，拆除第二道钢支撑；继续向上浇筑剩余负一层侧墙及顶板，待其达到设计强度后，拆除倒撑，凿除第一道混凝土支撑。

2.2 监测方案

基坑的自身风险等级定义为2级，周边建筑物距离基坑较近、管线错综复杂，环境风险等级为1级，确定该基坑变形保护等级为1级。主要的监测项目：围护结构墙体水平位移、支撑轴力、地表沉降、地下水位、基坑周边建筑物沉降等。具体设计要求见表2。

表2 现场主要监控量测项目及设计要求

在基坑开挖期间，依据既定的监测方案重点关注距离基坑最近的混凝土7层建筑物沉降数据，对建筑物承重柱、结构拐点、接缝处进行测点加密并全过程监测，以免建筑物发生较大沉降及局部不均匀沉降。监测数据出现预警时应及时通知相关单位，根据预警情况必要时采取主动跟踪补偿注浆，对建筑物基础采用旋喷桩加固，控制基坑变形。

2.3 监测点布置

主要监测项目监测点布置原则参照施工图纸及GB 50911-2013城市轨道交通工程监测技术规范[3]要求进行，监测点布设间距及范围均满足相关要求。监测点布设如图1、图2所示。

图1 监测点位布置断面图

图2 监测点位布置平面图

距离基坑最近的混凝土建筑物沉降监测点在围护结构（地下连续墙）施工前布设并取得初始值，墙体水平位移、支撑轴力等主要监测项目在基坑开挖前一周取得初始值，各监测项目均持续观测至主体结构完成后3个月。

基坑开挖阶段各项监测数据变化规律及分析如下：

1）墙体水平位移（SINCO测斜仪）（图3）

由图3可知：围护结构变形最大区段位于基坑50%～75%H位置。开挖深度在7.00 m以上时，围护结构由于受第一道混凝土支撑约束，地连墙水平位移量相对较小，位移量在2 mm左右。随着基坑开挖深度的增加，地下连续墙内力的重新分布，墙体和土体协同变形逐步加大，且最大变形点逐渐向基坑底部移动，土方开挖到基坑底部后，在最后一道支撑架设前，围护结构位移变形依然存在，最大变形量在10 mm左右，到达基底下方2.00 m左右，位移逐渐减小。底板浇筑后，整体变形明显趋于稳定。

图3 墙体水平位移阶段变化曲线图

2）支撑轴力

通过对称布设的4支钢筋计（混凝土支撑）和轴力计（钢支撑）来获取支撑体系的受力情况，各工况下轴力测值情况见图4，图5。

从图4、图5可以看出，在开挖至7.00 m前，支撑体系第一道混凝土支撑受力逐渐增大，围护结构受混凝土支撑约束位移变化较小，随基坑的开挖深度逐渐增大，开挖深度为7.00～18.00 m，围护结构迎土面受力增大，支撑体系第二道、第三道钢支撑受压，支撑轴力增大，当土方开挖到基坑底部时支撑受力最大，底板浇筑完成后受力趋于稳定。

图4 钢支撑轴力阶段变化时程曲线图

图5 混凝土支撑轴力阶段受力变化时程曲线图

3）建筑物沉降

建筑物沉降采用徕卡DNA03电子水准仪按照二等水准测量规范进行观测，分析建筑物在各个施工环节的沉降变形趋势见图6。

图6 建筑物累计沉降变化时程曲线图

选取的临近基坑侧建筑物沉降测点进行趋势分析，建筑呈整体的阶段性下沉，随着基坑的逐步下挖，建筑物沉降逐渐增大，基底封闭前建筑物累计沉降达到最大值，约-10 mm。期间随着开挖步序的控制及顶板的快速封闭，建筑物累计沉降量稳定在-11 mm左右。沉降量控制良好，未超出设计给定的控制值，建筑物整体安全。

3 结 语

通过对沉降相关的监测数据分析，发现在基坑开挖过程中，随着基坑开挖深度的增加，围护结构深层水平位移不断增大，基坑周边地表及建筑沉降逐渐增大，基坑底板施作完成后累计沉降达到最大值并逐步趋于稳定。同时，在深基坑开挖过程中可以通过控制开挖步序、开挖方法、支撑轴力等方面来控制周边地表及建筑物沉降变形。

基坑开挖期间，围护结构深层位移、支撑轴力及基坑周边地表沉降的数据是直观研判建筑物实时状态及变形趋势的重要参考。在基坑开挖期间，要严格遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，合理组织基坑开挖步序，确保基坑开挖连续、快速，尽快封闭基底，可有效控制基坑变形及周边地表沉降，减少对周边建筑物的影响。