深基坑“护坡桩+砼内支撑”支护工程监测数据综合分析

2023-03-09佀海霞韩士杰

科学与信息化 2023年4期

佀海霞韩士杰

北京道济测绘有限公司北京 102600

引言

为了更大程度实现大城市尤其是核心区域土地的价值，加大土地利用率，在工程项目建设过程中，深基坑的开挖不可避免。深基坑是为安全实施地下结构而形成的一种临时结构，通过对基坑岩土性状、支护结构变位和周围环境条件的变化及分析工作，并将监测结果及时反馈，预测进一步施工后将导致的变形及稳定状态的发展，根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度，来指导设计与施工，实现所谓信息化施工[1]。

城市核心区域的新建项目周边通常为建成区，项目本身作业空间有限，这就给基坑的开挖和项目建设增加了很大难度。内支撑支护方式适用于场地狭小且需要深开挖，周边有更严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等情况。施工进度慢会为基坑安全带来风险，维护基坑的安全一直是监测工作的重点问题[2]。本文以北京市大兴区黄村镇某项目为例，介绍“护坡桩+砼内支撑”支护的深基坑工程监测技术应用，并通过数据分析来指导安全施工，确保基坑安全。

1 工程概况

本工程位于北京市大兴区黄村镇，周边为建成区，项目北侧35m为市政路，东侧9.4～11.0m为18层高层住宅楼和地下二层车库（地面相对标高-10.7m），南侧10.6m为6层居民楼，西侧5.3m为5层现状办公楼。工程建筑使用性质为城市基础公共设施，占地总面积3191.65m2，总建筑面积14475.0m2，基坑东西宽约31.4m，南北长约82.8m，开挖深度为14.70m，基坑侧壁安全等级定位一级。按照设计条件、基坑各部位地质条件、周围环境和场地使用等不同情况综合考虑，本项目共划分4个支护段，各支护段采用“支护桩+砼内支撑”支护体系。

2 基坑各支护段情况

本项目地下3层，基坑支护方式为支护桩+砼内支撑，围护结构上部2m范围内采用放坡及挡水墙，下部为直径Φ1000mm的灌注桩，除4-4剖面桩长12.0m外，其余剖面桩长19.5～21.0m不等。桩顶采用冠梁连接成整体，现浇筑混凝土形成横向内支撑体系，由于开挖较深，采用两道砼内横向支撑，横向支撑中心分别布设在基坑深度-2.92m和-8.35m的位置, 支撑横截面分别为800mm×1000mm、1000mm×1200mm。支护剖面设计图如图1所示，现场实施情况如图2所示。

图1 支护段设计剖面

图2 支护段现场实施情况

3 监测内容方案

3.1 监测内容及指标

根据基坑支护设计方案和有关规范要求实施监测[3]，为配合基坑支护、桩基础、土方开挖等施工，及时准确地提供有关信息，本次监测内容为：①支护桩顶水平位移、②护坡桩深层水平位移、③立柱沉降监测、④支撑内力监测、⑤支护桩顶竖向位移、⑥周边地面沉降监测、⑦周边建筑沉降、⑧安全巡视等8项内容。由于数据量较大，本文选取了较为典型的监测项和数据，重点讨论基坑①、②、③、④项监测内容及数据。

根据本工程支护设计方案及有关规范要求，预警指标详见表1：

表1 监测报警指标表

3.2 监测点位布设及观测方法

3.2.1 监测点的布设。围护结构第一道支撑外轮廓如图3所示，采用横向内支撑，各支护段支护剖面及各监测内容具体监测点位如下图3所示，对重点分析点位进行放大显示。

图3 监测点平面布置图

3.2.2 观测方法。3.2.2.1支护桩顶水平位移。水平位移观测点设置在护坡桩冠梁上，在冠梁上打孔将小棱镜通过水泥或建筑专用胶固定在冠梁上。为了最大程度避免人为因素对观测数据的影响，本工程观测设备采用LeicaTS30机器人进行数据采集。内业数据采用Viva TPS三维变形监测系统处理。

3.2.2.2 深层水平位移监测。滑轮式测斜仪方便携带，工程适用性强，施测成本低，本工程采用泰瑞科滑轮式测斜仪TRCCX-01E进行深层水平位移的监测，预埋测斜管与灌注桩钢筋笼绑扎固定，管底深度与桩底一致，管顶露出地面50cm。埋深时需要校正导向槽方向，使其平行或垂直于基坑边线方向，同时注意对测斜管孔口的保护。

实施测斜监测时，将探头的高导轮组朝预测变形方向，以孔底为基准点，这时电缆上的深度标志数应和读数仪显示的孔深相同，此时为测读起点，等读数仪显示数值稳定后方可保存测量的数据，此时读数仪已进入测量状态并保存了这一深度的测量数据（即为正测）。完成后把探头调转180°，重新放入孔内，重复正测在相同的深度标志测量对应的数据（即为反测）。一次完整的正测和反测为这个测孔的一组数据，通常采用正反测的目的是为了提高精度，抵消敏感元件因零偏（即零位）造成的误差。

3.2.2.3 立柱竖向位移监测。在横向支撑立柱位置安装小棱镜，固定方式如图4所示。因为观测点位与仪器安置不在一个平面上，所以采用智能全站仪三角高程测量方式。测绘科学技术的飞速发展，测量设备的不断更新，自动照准的高精度智能全站仪的出现使精密三角高程测量方法代替二等水准测量得以实现[4-6]。观测设备仍然使用Leica TS30，通过自动照准减少各类误差从而使测量精度达到基坑监测沉降位移监测的技术要求。

图4 QD3、QD5、QD9支护桩顶水平累计位移量-工程进度变化曲线图

3.2.2.4 支撑力监测。支撑内力监测点布置以受力较大、支撑内力复杂的横梁及与横梁成45°角等经典型断面为基础，并保证监测数量和位置，尽可能保证与支护面等监测点垂直。浇筑混黏土前，将钢筋应力计与横梁钢筋绑扎在一起，钢筋应力计的中心与横梁的轴线一致或平行，防止因为偏心对监测结果产生的影响。

施工完成后应用专用应力计或应变计进行检查测试，并取下一层土方开挖前连续2d获得的稳定测试数据的平均值作为其初始值。对支撑支护措施进行不断完善和改进，进而有效提升内支撑支护的作用，提高基坑工程的安全和质量。

4 监测成果数据分析

本基坑周边环境复杂，距离建成区均小于一倍基坑开挖范围，随着基坑开挖和“支护桩+砼内支撑”方式的实施，从监测数据来看，基坑及周边环境的安全状态较为可靠，各监测项监测数据呈现一定的统计规律性。

4.1 支护桩顶水平位移分析

本文选取比较有代表性的3个监测点，作为代表进行数据分析。

从图4可以看出支护桩桩顶监测点QD3、QD5、QD9最小位移值为-1.7mm、0.6mm、-2.0mm出现在第一道内支撑-2.92m完成，基坑开挖深度约6m阶段。各点最大变形正值分别为5.1mm、7.8mm、9.0mm，最大变形值出现在第二道支撑-8.35m完成，基坑开挖深度约至14.0m，底板尚未完成阶段。底板形成后，至地下各阶段施工，桩顶水平位移变形数据整体趋于稳定，整个变形区间范围位于-2.0～9.0mm，远低于29mm的预警值。至地下结构施工完成稳定于2.7～6.2mm区间。总体来看，变形曲线符合一定的规律性，桩顶水平位移变化范围在安全可靠范围内。

4.2 深层水平位移分析

在支护桩倾斜方面，随着本项目工程进度的推进，深层水平位移也出现了相应的变化。深层水平位移选取了比较有代表性的5个施工阶段。各阶段累计变形量如下图5。

图5 1#工程进度支护桩深层水平位移-深度曲线图

从图5可以看出，位于基坑阳角处的1#点位，整个变形范围较大，在-12m以上位置变形量较大，但总体累积变形与深度曲线总体比较平稳，最大值出现在第二道支撑拆除完成后，支护桩中部第二道支撑8.5m上下位置变形量较大，最大变形量达到11.63mm，远小于44mm的预警值。深层水平位移变形量最值出现的位置恰恰是第二道内支撑的实施位置，说明内支撑方式对基坑侧壁有明显力的作用，验证了支护设计方式的有效性。

4.3 立柱竖向位移分析

立柱沉降从数据变形曲线来看，大致可以将其变形分为5个阶段，一道撑形成、二道撑形成、底板完成阶段、地下结构施工阶段及拆除砼内支撑阶段。

从图6可以看出，3个监测点均呈现第一阶段从基坑开挖至底板形成，立柱沉降量在-4.46～+6.49mm范围内波动，底板形成后收敛在-2.48～+0.52mm，地下结构施工过程中，由于底板受到承载力加大的影响，立柱沉降量有增大趋势，内支撑拆除过程中和拆除过后，可能受到拆除外力影响，变形最大达到-7.33～+7.34mm，待拆除内支撑后，变形量数据逐渐减小且区域稳定，最终收敛于-3.23～+3.44mm。立柱沉降变形量远小于30mm的预警值。总体而言，立柱沉降整个变形过程中，地下结构施工及内支撑拆除对其变形影响较大，但变形区间均在安全可控范围。

图6 C4、C8、C10立柱累计沉降量-工程进度变化曲线图

4.4 支撑轴力分析

本文选取了第一道撑的3、4、7号和第二道撑7号点轴力监测点位来分析各个施工阶段的砼内支撑轴力情况和同一剖面第一、第二道支撑轴力情况。

由于内支撑为混凝土内支撑，与钢支撑不同，此支撑方式内力存在拉应力和压应力两种情况，从图7可以看出，第一道支撑各监测点随着施工进度开展，至底板形成存在拉压应力切换的情况，底板形成后，第一道支撑轴力均为压应力，且逐渐增大分别至单筋最大值11.91kN、9.48kN、9.68kN后趋于稳定，同时伴随地下结构的施工，第一道支撑轴力稳定的同时，呈现减小的趋势，二道支撑拆除后一道支撑受力明显增大。第二道支撑轴力明显比第一道支撑轴力大，底板形成前受力增大至稳定底板形成后数据稳定且呈现轻微减小的趋势，伴随着地下结构施工，第二道支撑压应力单筋最大值25.61kN，之后随着施工进度的推进略有减小至结构拆除。支撑梁应力随开挖深度的增加而有所增大，直至到基坑底板形成，轴力基本趋于稳定[7]。整体分析，此曲线经与设计比较，符合轴力与施工进度的变化规律，间接验证支护设计方式有效。