丁 錕

(福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

某快速路深基坑監(jiān)測(cè)及其成果分析

丁 錕

(福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

以廈門市某快速路下穿通道深基坑工程為研究背景，對(duì)基坑施工過程中樁頂水平位移、深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：基坑開挖初期，樁頂水平位移、深層水平位移和基坑周邊地表沉降呈線性增大，施加鋼管支撐后，樁頂水平位移和基坑周邊地表沉降逐漸穩(wěn)定，而深層水平位移最大值開始下移；鋼管支撐架設(shè)后，支撐軸力逐漸變大，并最終達(dá)到穩(wěn)定。

深基坑；監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)分析

0 引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，城市的地上空間越來越少，地下空間的利用率越來越高，從而帶來了深基坑工程的快速發(fā)展。深基坑在開挖過程中必然會(huì)產(chǎn)生變形，基坑變形監(jiān)測(cè)就是在深基坑施工過程中，通過在關(guān)鍵位置布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)儀器對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體及相鄰的構(gòu)筑物進(jìn)行全面、系統(tǒng)的測(cè)量和分析，使基坑工程處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)，確保工程順利進(jìn)行[1]。

本文基于廈門某快速路的一處下穿通道基坑工程的施工監(jiān)測(cè)過程，針對(duì)基坑圍護(hù)樁樁頂水平位移、圍護(hù)樁深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降監(jiān)測(cè)進(jìn)行了分析，總結(jié)了基坑在施工過程中的變化規(guī)律，旨在給類似工程地質(zhì)條件下的基坑建設(shè)和監(jiān)測(cè)提供一定的參考。

1 工程概況

該工程為廈門某主干道路提升改造項(xiàng)目的一處下穿通道。該下穿通道總長(zhǎng)700m，其中兩側(cè)淺下沉共長(zhǎng)78m，兩側(cè)擋墻共長(zhǎng)120m，兩側(cè)U型槽共長(zhǎng)300m，框架通道長(zhǎng)202m。通道段基坑最大開挖深度約11.8m，最大開挖寬度約27.8m，泵房處基坑最大開挖深度約14.4m，開挖寬度約34.2m?；娱_挖深度范圍內(nèi)涉及到的土層共分為5層，其主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 各土層參數(shù)表

基坑圍護(hù)段包括兩端擋墻及U型槽引道工程和框架通道段，基坑圍護(hù)體系主要采用以下形式：兩側(cè)淺下沉段采用放坡開挖；兩端擋墻段采用一排拉伸Ⅳ鋼板樁作為圍護(hù)樁，加一道Φ478mm×10mm鋼管橫撐；U型槽段采用一排Φ100cm@140cm沖孔灌注樁作為圍護(hù)樁，加一道Φ478mm×10mm鋼管橫撐；框架通道采用一排Φ100cm@140cm沖孔灌注樁作為圍護(hù)樁，加一道Φ478mm×10mm鋼管橫撐，外側(cè)采用Φ60cm@140cm高壓旋噴樁止水帷幕樁，泵房處采用Φ120cm@160cm沖孔灌注樁作為圍護(hù)樁。在圍護(hù)樁和冠梁強(qiáng)度分別達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%、80%后方可進(jìn)行基坑開挖；且土方開挖要分層進(jìn)行，每一層土方開挖在其上部支護(hù)體系滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及測(cè)點(diǎn)布置

2.1 基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

基坑監(jiān)測(cè)的內(nèi)容一般分為兩部分，即基坑本體監(jiān)測(cè)和臨近環(huán)境監(jiān)測(cè)?；颖倔w中包括圍護(hù)樁墻、支撐、錨桿、土釘、坑內(nèi)立柱、坑內(nèi)土層、地下水等。相鄰環(huán)境中包括周圍地層、地下管線、相鄰建筑物、相鄰道路等[2]。

本文從保護(hù)周邊環(huán)境、基坑安全的角度出發(fā)，結(jié)合施工工況，選取了如下有代表性的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：圍護(hù)樁樁頂水平位移、圍護(hù)樁深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布置如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布置圖注：S1-S20 圍護(hù)樁水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；CX1-CX8圍護(hù)樁深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；ZL1-ZL4支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；DB1-1～DB4-3周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

本文選取工程中具有代表性的框架通道段基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.1 圍護(hù)樁樁頂水平位移數(shù)據(jù)分析

由圖2可知，觀測(cè)點(diǎn)位置布置在基坑周邊，各點(diǎn)間距為20m。該項(xiàng)目采用在冠梁內(nèi)埋設(shè)圓頭不銹鋼沉降標(biāo)志的方式布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，并在圓頭不銹鋼頂部刻“十”字絲。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的樁頂水平位移變化如圖3所示。從圖3中可以看出：

①隨著基坑開挖深度的增加，圍護(hù)樁頂?shù)乃轿灰瞥尸F(xiàn)線性增加的趨勢(shì)，并在幾天時(shí)間內(nèi)水平位移增量趨近30mm的警戒值。

②水平位移增量在達(dá)到峰值后呈現(xiàn)微小的下降，然后一段時(shí)間內(nèi)趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)樵诠诹荷鲜┘恿虽摴苤蔚慕Y(jié)果。在鋼管支撐和預(yù)應(yīng)力的作用下，樁頂水平位移向著坑外有了微小的移動(dòng)，并很快達(dá)到了平衡。

③位移曲線在平穩(wěn)一段時(shí)間后，又開始增加，但最終趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诨拥装屙胚_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，鋼管支撐被拆除并澆筑了基坑側(cè)墻引起的變化。

圖3 樁頂水平位移變化圖

3.2 圍護(hù)樁深層水平位移數(shù)據(jù)分析

圍護(hù)樁深層水平位移監(jiān)測(cè)采用測(cè)斜手段觀測(cè)。測(cè)斜管的埋設(shè)方式主要有鉆孔埋設(shè)和將測(cè)斜管綁扎在鋼筋籠上埋設(shè)兩種[2]，該工程采用的是綁扎埋設(shè)法。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

本文選取有代表性的CX3、CX5進(jìn)行深層水平位移分析，變化曲線示意圖如圖4～圖5所示。從圖4～圖5中可以看出：

①在基坑開挖初期，各測(cè)點(diǎn)的水平位移也是隨著基坑開挖深度的增加呈線性增加分布，最大位移發(fā)生在樁頂處；

②隨著基坑開挖的繼續(xù)進(jìn)行，最大位移處下移到了樁頂以下3m～4m之間，呈現(xiàn)出“鼓肚”現(xiàn)象，并最終達(dá)到穩(wěn)定。這主要是因?yàn)?，在冠梁上施加了鋼管支撐和預(yù)應(yīng)力，抑制了樁頂處向坑內(nèi)的位移變化，并使其向著坑外有了微小的變動(dòng)，樁頂以下深度處由于沒有直接受到支撐的作用，其向著坑內(nèi)的變化仍然在增加，在基坑底板砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后趨于穩(wěn)定。

圖4 深層水平位移變化圖一

圖5 深層水平位移變化圖二

3.3 支撐軸力數(shù)據(jù)分析

鋼管支撐應(yīng)在基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后及時(shí)架設(shè)，本文選取分析段落的鋼支撐預(yù)應(yīng)力荷載為100kN。支撐內(nèi)力的監(jiān)測(cè)多根據(jù)支撐桿件采用的不同材料，選擇不同的監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)傳感器。對(duì)于混凝土支撐桿件，目前主要采用鋼筋應(yīng)力計(jì)或混凝土應(yīng)變計(jì)；對(duì)于鋼支撐桿件，多采用軸力計(jì)(也稱反力計(jì))或表面應(yīng)變計(jì)。該工程采用的是表面應(yīng)變計(jì)，安裝在鋼管支撐兩支點(diǎn)間1/3部位。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

支撐軸力的變化曲線示意圖如圖6所示，從圖6中可以看出：

①框架通道內(nèi)的4處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軸力變化曲線基本一致，都是隨時(shí)間的增加軸力逐漸變大，并且在鋼管支撐架設(shè)初期軸力的增長(zhǎng)速率最大。

②隨著開挖達(dá)到設(shè)計(jì)深度，基坑底板砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，軸力增加速率變緩，并在達(dá)到最大值后基本保持不變。說明鋼支撐起到很好的力學(xué)作用，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及變形控制起到了很好的支撐作用[4]。

圖6 支撐軸力變化圖

3.4 周邊地表沉降

地表沉降監(jiān)測(cè)能直接地反映基坑周邊地表的變形情況，測(cè)點(diǎn)的布置一般采用地表樁的形式，該工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

地表沉降曲線隨時(shí)間變化示意圖如圖7所示，從圖7中可以看出：地表沉降變化量也是隨著基坑開挖深度的增加而增加，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在達(dá)到各自的初期最大沉降量后，開始趨于平穩(wěn)，在平穩(wěn)一段時(shí)間后，沉降又開始增加，但增幅不大，并最終達(dá)到穩(wěn)定。這主要是因?yàn)榛娱_挖到設(shè)計(jì)深度時(shí)，在圍護(hù)樁上架設(shè)了鋼管支撐起到了支護(hù)作用，使得沉降達(dá)到第一次穩(wěn)定。在基坑底板砼到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，拆除鋼管支撐并澆筑基坑側(cè)墻達(dá)到第二次的最終穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本文以廈門某快速路的一處下穿通道基坑為依托，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)基坑開挖過程中基坑的變形規(guī)律進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

圖7 地表位移變化圖

(1)根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)的圍護(hù)樁樁頂水平位移、圍護(hù)樁深層水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降等數(shù)據(jù)可以看出，基坑變形與施工工況是緊密相關(guān)的。

(2)圍護(hù)樁深層水平位移變化曲線呈現(xiàn)“鼓肚”現(xiàn)象，表明圍護(hù)樁的中間未設(shè)置鋼管支撐的部分易產(chǎn)生較大的位移，施工時(shí)引起重視。

(3)支撐軸力隨時(shí)間的變化是穩(wěn)定增長(zhǎng)的，在達(dá)到最大值后基本穩(wěn)定。及時(shí)有效地進(jìn)行鋼管支撐的施工，能有效地控制樁頂水平位移、深層水平位移的變化和周邊地表沉降的變化。

[1] 郭景全，李文華.深基坑開挖施工監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].橋隧施工與機(jī)械，2015(12)：73-76.

[2] 劉國(guó)棟，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009(2)：39-42.

[3] 劉亞洋，衛(wèi)宏.某深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析[J].巖土工程界，2009(12)：43-46.

[4] 牟亞洲.深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐軸力的監(jiān)測(cè)及分析[J].鐵道設(shè)計(jì)，2012(1)：84-87.

Deep foundation pit monitoring and its results analysis of an expressway

DINGKun

(Fuzhou City Construction Design and Research Institute Co. Ltd.,Fuzhou 350001)

Taking the deep foundation pit of a certain expressway in Xiamen as the research background，the variation of horiontal displacement of the pile head, horiontal displacement of deep soils,axial force of steel bracing, ground settlement are analyzed. It is shown that, in the excavation process, the variation of horiontal displacement of the pile head and horiontal displacement of deep soils and ground settlement are increasing.After applying steel pipe support, the variation of horiontal displacement of the pile head and ground settlement are stable，horiontal displacement of deep soils began to move down. After applying steel pipe support, supporting axial force increases gradually,and ultimately achieve stability.

Deep foundation pit; Monitoring; The data analysis

丁錕(1982.9- )，男，工程師。

E-mail:328228617@qq.com

2017-02-17

TU473

A

1004-6135(2017)06-0100-04