翟天琦，陳 曌，呂世充，范新宇，羅學東

（1.中國地質(zhì)大學（武漢）工程學院，湖北 武漢430074；2.湖北省測繪宣傳中心，湖北 武漢430071）

隨著城市現(xiàn)代化進程的加快，由人口聚集造成的地面交通擁擠問題日益突出[1]，地鐵作為緩解地面交通壓力的一種交通手段已經(jīng)被各大城市廣泛采用。當前，地鐵車站基坑開挖深度已經(jīng)達到了20～30 m[2]，隨著開挖深度的增加，地質(zhì)因素和環(huán)境因素對基坑的影響更加難以控制，因此在施工過程中建立合理、規(guī)范、完善的施工安全監(jiān)測體系已經(jīng)成為深基坑建設過程中必不可少的環(huán)節(jié)[3]。

當前，動態(tài)監(jiān)測已經(jīng)發(fā)展成為一門較為成熟的技術(shù)，被廣泛應用在道路、管線、建筑物沉降及基坑變形等方面[4,5]。本文基于武漢某地鐵深基坑項目，通過測量手段對基坑的變形和內(nèi)力變化展開動態(tài)監(jiān)測，分析了圍護結(jié)構(gòu)冠梁水平位移、周圍地面的沉降和鋼支撐的軸力變化，并對基坑變形和內(nèi)力變化的原因進行分析，得出了有益的結(jié)論，對指導同類工程安全施工起到了一定作用。

1 基坑概況及監(jiān)測方案

1.1 基坑概況

武漢某地鐵車站深基坑工程采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻作圍護結(jié)構(gòu)，車站開挖深度為25.5 m（端頭井開挖深度為27.1 m），豎向設4道支撐，基坑安全等級為一級。經(jīng)調(diào)查，基坑西北方有一棟8層砼結(jié)構(gòu)樓房，東北部為一座28～31層高程砼結(jié)構(gòu)建筑，西南角為在建高層砼結(jié)構(gòu)樓房，周圍環(huán)境較為復雜。

場區(qū)地貌單元屬長江Ⅰ級階地河流堆積平原，地形平坦開闊，地面高程23.80～24.60 m。開挖范圍地層從上到下依次為填土、粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層、粉細砂層，車站底板位于粉土、粉砂互層之間，地下連續(xù)墻墻趾位于細沙層。

1.2 監(jiān)測內(nèi)容

結(jié)合基坑設計規(guī)范[6,7]和現(xiàn)場實際情況，確定具體監(jiān)測內(nèi)容如下：地下連續(xù)墻的水平位移監(jiān)測（27點）、地下連續(xù)墻沉降監(jiān)測（27點）、周圍地面沉降監(jiān)測（84點）、鋼支撐軸力監(jiān)測（40個）。

1.3 測點布設及監(jiān)測方法

該地鐵深基坑測點布置如圖1所示。

圖1 基坑測點布置平面圖

1）冠梁水平位移監(jiān)測。根據(jù)設計要求和現(xiàn)場情況，地鐵車站深基坑范圍內(nèi)共設15個斷面，其中車站最西邊和最東邊及東南3個斷面各一個測點，其余每個斷面2個測點，共布設27個測點，采用Leica TC1201全站儀測量，測量精度均為1 mm。

2）地表沉降監(jiān)測。該車站深基坑按間距25 m布設一個斷面，共設11個斷面，每個斷面布8個測點，測點和基坑的距離分別為2 m、8 m、10 m、20 m。還布置了一部分不規(guī)則測點，測點共計84個，采用DINI03天寶電子水準儀、銦鋼尺進行測量，測量精度為1 mm。

3）鋼支撐軸力監(jiān)測。根據(jù)基坑實際情況，在支撐上共布設40測點，鋼支撐軸力采用軸力計進行監(jiān)測。

2 基坑動態(tài)監(jiān)測成果

2.1 冠梁水平位移

選擇基坑不同位置、具代表性的4個測點進行分析，監(jiān)測期間各測點水平位移變化如圖2所示。監(jiān)測期間，各測點位移呈現(xiàn)明顯的不規(guī)則性，但整體位移是朝坑內(nèi)發(fā)展的。在監(jiān)測初期，當?shù)?道鋼支撐架設完成后，測點位移均有向坑外方向回彈的趨勢，測點S2位移由坑內(nèi)1.40 mm回彈到0.69 mm，S15點位移從坑內(nèi)0.20 mm變化到坑外0.4 mm。在第2道鋼支撐架設完成后，也出現(xiàn)類似情況，隨著支護體系的完善，在監(jiān)測中后期，基坑冠梁水平位移的變化穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

圖2 冠梁水平位移-時間變化圖

2.2 地表沉降

針對地表沉降，選取4個有代表性的測點進行分析，監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。開挖期間基坑周圍土體整體呈沉降趨勢，但在監(jiān)測初期，各測點均有不同程度的隆起，其中測點1A-2隆起位移達2.2 mm。隨著基坑開挖的進行，各測點開始呈現(xiàn)沉降趨勢。在第4道鋼支撐架設之后，各測點位移基本趨于穩(wěn)定。在整個監(jiān)測周期內(nèi)，地表垂直位移在-4.3～2.5 mm之間波動，并未超過警戒值。在基坑開挖至設計高程時，沉降量最終穩(wěn)定在1.2～4.3 mm間，這表明基坑開挖導致的坑外巖土體變形被控制在合理范圍內(nèi)。

圖3 地表沉降位移-時間變化圖

2.3 鋼支撐軸力

本文選取了4個具有代表性的鋼支撐測點進行分析。由圖4可知，鋼支撐內(nèi)力監(jiān)測值總體呈上升趨勢，在第1道鋼支撐架設后，測點ZL-300301監(jiān)測值由71 kN增加到231 kN。在第2道鋼支撐架設后，測點ZL-300301軸力測值出現(xiàn)了一定程度的下降。在第4道鋼支撐架設完成后，第2道鋼支撐軸力由253 kN降低到237 kN。第3道鋼支撐軸力則由358 kN降低到305 kN。在監(jiān)測中期，第3道鋼支撐軸力測值有一個上升過程，監(jiān)測中后期各測點軸力相對穩(wěn)定，隨著第1、2道鋼支撐的拆除，第3、4道鋼支撐軸力均有一定程度的波動，但波動范圍穩(wěn)定在正常水平。

圖4 鋼支撐軸力—時間變化圖

3 基坑變形及內(nèi)力變化機理分析

對于冠梁水平位移，由圖2可看出，在監(jiān)測前期，基坑冠梁水平位移整體有向坑內(nèi)移動的趨勢。本文綜合分析后認為，這是由于開挖擾動使原本平衡的土體應力出現(xiàn)失衡，墻后土體產(chǎn)生的壓力使得圍護結(jié)構(gòu)有向臨空方向移動的趨勢；在監(jiān)測中后期，基坑冠梁水平位移總體穩(wěn)定，但存在一定突變，突變后的一段時間內(nèi)會回歸正常值。本文認為，冠梁水平位移在監(jiān)測中后期總體穩(wěn)定的原因是由于隨著支撐結(jié)構(gòu)的完善，墻后土體壓力與支撐軸力之間達到了一個相對平衡的狀態(tài)，但由于基坑開挖因素和外界因素的影響，監(jiān)測點位移會出現(xiàn)一定波動，隨著支撐軸力和墻后土體壓力之間作用力的相互平衡，測點位移會逐漸回歸到正常水平。

對于坑外地表沉降，由圖3可看出，坑外土體整體呈沉降趨勢，前期沉降趨勢較為明顯，監(jiān)測到中后期的時候，坑外土體沉降位移穩(wěn)定到一定水平。基坑的開挖引起基坑影響范圍內(nèi)巖土體應力狀態(tài)的改變，應力的改變對土體沉降的影響在前期的表現(xiàn)較為明顯，隨著中后期支撐結(jié)構(gòu)和維護體系的完善，基坑圍護結(jié)構(gòu)和坑外土體的壓力達到相對平衡的狀態(tài)，因此坑外地表沉降也會相對穩(wěn)定。此外，測點距離基坑的遠近也是影響沉降位移的一個關(guān)鍵因素，DT2-1測點沉降在后期明顯大于其他測點，離基坑越遠，開挖的效果對土體影響越小，影響范圍一般為3倍基坑深。

在基坑監(jiān)測期間，各支撐軸力整體呈現(xiàn)上升趨勢，在第1道鋼支撐架設之后，短時間內(nèi)軸力呈現(xiàn)急劇上升趨勢。其原因在于，基坑的開挖使得墻后土體對圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力，第1道支撐的架設會承擔一部分壓力，使應力達到相對平衡的狀態(tài)，隨著支護體系的完善，后架設鋼支撐的支撐應力并未出現(xiàn)急劇上升的情況。值得注意的是，第3道支撐在監(jiān)測中期出現(xiàn)了急劇上升態(tài)勢，分析認為在開挖初期，開挖面以上的土壓力由靜止土壓力轉(zhuǎn)為主動土壓力，開挖卸荷帶來的主動土壓力作用于鋼支撐上，造成支撐軸力在該段時間內(nèi)迅速增加，但軸力總體上處于合理水平，反映出基坑支護結(jié)構(gòu)架設比較合理。

4 結(jié) 語

1）進行深基坑監(jiān)測是保證深基坑施工安全的重要環(huán)節(jié)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時反饋與分析，對施工期間周圍建筑物的安全及以后的變形預測起到指導作用。

2）開挖卸載產(chǎn)生的墻后土體壓力和鋼支撐軸力之間共同作用是導致基坑發(fā)生變形的關(guān)鍵因素。由于開挖的進行，導致墻后土體壓力并不固定，在和支撐軸力相互平衡的過程中導致了基坑變形的不穩(wěn)定性。

3）通過監(jiān)測可知，該基坑的變形和內(nèi)力的變化都穩(wěn)定在一定范圍，并未達到警戒值，說明基坑的支護體系和監(jiān)測體系都較為完善，該方案是可行的，可為類似深基坑工程提供借鑒和參考。

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[2]廖珊珊，方大勇，李思平.廣州某超深基坑監(jiān)測結(jié)果分析[J].廣東水利水電,2011(4):47-49

[3]馮文濱，吉文來.某地下車庫深基坑監(jiān)測及其成果分析[J].現(xiàn)代測繪, 2011,34(4):22-24

[4]黃海峰，夏園工.深基坑變形監(jiān)測方案設計及數(shù)據(jù)分析研究[J].現(xiàn)代測繪,2013,36(5):35-38

[5]劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997

[6]GB50497-2009.建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[7]JGJI20-99.建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].