深基坑施工监测的实施与实时分析

第２２卷特刊　２００８年ｌ２月　资源环境与工程　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．２２．Ｓｅｐ．　Ｄｅｃ．，２００８　深基坑施工监测的实施与实时分析　曾　瑞　（湖北省神龙地质５－程勘察院，湖北武汉４３００５６）　摘要：阳光大厦深基坑工程是武汉市的代表性基￣Ｌ＿ｒ－程之一，其施工过程中的实时监测分析和信息反馈，　为设计、施工掌控支护结构工作状态及周边位移变形，及时调整支护设计、处置险情提供了科学依据，为　基坑信息化施工、保障基坑及周边建筑环境安全积累了典型经验。　关键词：深基坑；施工监测；实时分析；信息化施工　中图分类号：Ｐ６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—１２１１（２００８）ｓ４—０１３８—０５　０　引言　深基坑施工过程中，基坑支护结构、荷载及相互作　用力以及水文地质等条件等随着施工进程而不断变　化，理论计算难以准确描述和预测系统的性状变化，往　往需要通过现场实时监测来掌握和分析其变化规律、　发展趋势，预报和规避事故风险，并通过反演分析准确　给定事先无法确定的设计计算参数，验证和修正基坑　支护设计，指导施工。因此，基坑监测是信息化施工的　重要环节。　３．４　ｍ，平均厚度２．６　ｍ。软塑一硬塑状，以粉质粘土为　主，局部夹薄层状粉细砂。　＝１９．０　ｋＮ／ｍ　，ｃ＝１０　ｋＰａ，　＝１８。，Ｋ＝３．７８×１０一　ｃｍ／ｓ；　Ｖ层灰－灰黑色粉细砂：厚６．７～１２．０　ｍ，平均厚度　９．０　ｍ。稍密一中密状，以粉细砂为主，内夹少量粘性　土。　＝１９．２　ＫＮ／ｍ　，ｃ＝１８　ｋＰａ，　＝３０。，Ｋ＝４．９×　１０一ｃｍ／ｓ。　场地地下水分为上层滞水和孔隙承压水。上层滞　水赋存于杂填土中，主要接受大气降水和地表水补给；　孔隙承压水赋存于Ⅳ层及其以下的砂土一砂卵石层中，　含水层总厚度约４５　ｍ，上覆Ⅱ层粘土及Ⅲ层粉质粘　土，下伏基岩为其隔水顶、底板，与长江水力联系密切，　水位受长江丰一枯季变化控制，勘察揭露承压水头埋　深４．８　ｍ（标高１９．６　ｍ），基坑开挖底面位于承压含　水层中。　１　工程地质水文地质概况　阳光大厦位于汉口繁华商业区，场地地貌单元属　长江Ｉ级阶地，地形平坦，地面标高约２４．４　ｍ。　地基土除表层填土外，为厚达５６～５９　ｍ的第四系　全新统冲积粘性土、砂土及砂卵石，具二元结构；下伏　基岩为志留系泥灰岩及页岩。基坑开挖及降水涉及土　层由上至下依次为：　Ｉ层灰黑一黑色杂填土：厚度９　ｍ左右。松散，　湿一很湿。　＝１９．５　ｋＮ／ｍ　，ｃ＝０，　＝２０。；　２　工程概况　阳光大厦建筑设计为主楼３８层、裙楼８层，并设２　层地下室。基坑北侧（ＡＢ段）临中山大道，外排桩锁　Ⅱ层灰褐一黄褐色粘土：厚０．８—５．３　ｍ，平均厚　度１．７　ｍ。软一可塑状。　＝１９．０　ｋＮ／ｍ。，ｃ＝２６　ｋＰａ，　＝口梁即为两层临时商铺后墙的基础；东侧（ＢＣＤ段）毗　邻巷道及桥西商厦；南侧（ＤＥＦ段）靠清芬一路及六渡　桥小学；西侧（ＦＧＨＡ段）接新华电影院。周边环境条　８。，渗透系数Ｋ＝１．５　Ｘ１０～ｃｍ／ｓ；　Ⅲ层黄褐色粉质粘土：厚０．６６～３．６　ｍ，平均厚度　２．０　ｍ。软．可塑状。　＝１９．４　ｋＮ／ｍ　，ｃ＝２１　ｋＰａ，　＝件复杂（见图１）。　基坑工程平面形状不规则，开挖总面积约７　０００　ｍ　，主楼基坑开挖深度一１３．３　ｍ，裙楼基坑开挖深度　１６。，Ｋ＝１．８７×１０一　ｃｍ／ｓ；　Ⅳ层黄褐一浅黄色粉质粘土夹粉细砂：厚０．５５～　收稿日期：２００８—１１—１１　作者简介：曾瑞（１９７２一），男，工程师，工程测量专业，从事岩土工程监测与检测工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｒｕｉ０２７＠ｔｏｍ．ｔｏｍ　特刊　曾瑞：深基坑施工监测的实施与实时分析　ｌ３９　图１基坑监测工作布置平面示意图　一１２．２～一１３．０　ｍ。按《基坑工程技术规定》（ＤＢ４２／　１５９－－１９９８）¨　的相关标准判定，该基坑属安全等级为　一级的大型深基坑。　基坑支护形式：除ＡＨ段外，均采用内外双排悬　臂桩支护，内外排桩间距３．３　ｍ，内排桩顶一６　ｍ左　右，排桩顶联结锁口梁，外排桩中上部设一道注浆预　应力锚杆加固。ＡＨ段为单排悬臂桩支护，上、中、下　三道锚杆加固，辅以支撑于锁口梁内侧的＋６０９　Ｘ　１２　ｍｍ钢管角撑。　基坑防水采用以封为主以降为辅的方案。四壁以　高压摆喷及支护桩间静压注浆构筑垂向止水防渗帷　幕，坑底采用高压旋喷构筑水平防渗底板，垂直帷幕与　水平封底及其与支护桩的联接处以静压注浆封闭。基　坑内布设降水减压井１３孔（抽水量１　２００　ｍ　／ｄ）、观测　井５孔　Ｊ。　基坑开挖始于１９９８年１月中旬，至３月２０日挖　深一７　ｌ＇ｎ，到５月１１日挖深至坑底设计标高。　３实施监测项目及方法　在基坑开挖之前完成测斜孔、水土压力孔的施钻　及元器件安装工作。基坑施工期间开展沉降、水平位　移、坑壁倾斜、水压力、土压力、锚杆应力、角撑应力应　变、相邻建筑物倾斜等项目的全面监测。监测工作始　于１９９７年ｌ２月中旬（开挖前），止于１９９８年年底（地　下室封顶）。　（１）水平位移及沉降监测　主要用于基坑支护结　构、近坑边道路与建筑物的水平及竖向位移监测。于　内外排桩锁口梁上、邻近建筑物墙边或角点布设固定　测点，按二级精度水准精度进行测量。　（２）倾斜监测　主要用于基坑四壁土体向坑内的　倾斜变形监测。选择典型部位布置测斜孔７个，５个　位于外排桩外侧土体中，ＳＩＳ１、ＳＩＳ２孔位于内外排桩之　间土体中。采用测斜仪进行观测。　（３）水、土压力监测主要用于坑壁的水压力、土　压力的监测。共设４个水土压力监测孔，各孔于孔底　安装孔隙水压力计，其上每隔４　ｍ埋设一个土压力计。　（４）锚杆及角撑应力应变观测主要用于观测支　护结构中典型锚杆的应力及钢管角撑的应力应变。选　择６个锚杆布设了应力计；在ＡＨ段至ＡＢ段的角撑钢　管上，于长度Ｌ／４、ＩＶ２处，沿圆周１２０。等分点安装了　应力应变片。　（５）相邻建筑倾斜监测　主要用于对基坑施工　敏感的相邻建筑物的变形监测。于新华电影院安装　观测铜盘４个，南侧小学内安装观测铜盘２个，采用　倾角计观测。另对新华电影院既有裂缝设点进行跟　踪观测。　（６）其他考虑到基坑降水对周边影响范围较　大，在开展上述监测项目的同时，对周围百米左右范围　内的地面水平开裂、差异沉降缝等变形迹象，进行跟踪　调查（巡视）和量测记录。　该基坑监测项目多，涉及范围大，工作周期长，获　得了大量的资料成果。限于篇幅，文章仅对其中重点　地段的变形位移基本特征进行初步分析。　４重点段监测及分析　该基坑周边建筑物新旧程度、建筑规模、结构形　式、基础类型等各不相同，因此对基坑施工影响的敏感　性差异较大。监测表明，主要在基坑西侧ＡＨ段、东侧　ＢＣ段出现较大位移变形甚至险情，均根据监测资料及　时调整支护方案，遏止了变形发展和事故发生，取得了　良好效果。　４．１基坑ＡＨ段　ＡＨ段长约２５　ｍ，开挖深度１２　Ｉｌｌ。该段紧邻新华　电影院小影厅，最近点距基坑边线不足１　ｍ。新华电　影院由大影厅、小影厅、设备房、附楼、售票房及临时库　房等组成，为一级公共建筑和二级保护文物，建筑基础　为木桩。其中大影厅建成年代较远，小影厅为１９９０年　资源环境与工程　２００８生　改造建成的单跨三层建筑，大、小影厅的结构独立。工　计和钢管角撑应力应变贴片。鉴于大一小影厅问已发　前调查发现，大、小影厅之问已出现较大差异沉降开裂　生差异沉降开裂、小影厅向东倾斜的现状，将其作为重　（裂缝最宽处达４９　ｍｍ），同时小影厅已整体向东微倾　点监控对象，在建筑物上布置了７个裂缝长期观测点、　（倾斜量为０．２８％）。为防止变形进一步发展和减少　２个安装有倾角计铜盘的倾斜观测点（ＳＴ２、ＳＴ３）。　其超载对基坑支护的荷载负担，开挖初期对该段地基　监测表明，ＡＨ段支护桩顶水平位移量始终＜１０　采取了注浆软托换加固措施，设计注浆量２００　ｋｇ／ｍ，　ｍｍ，位移变形主要集中于大开挖时期，７月以后趋于　注浆压力０．３～３．０　ＭＰａ。　稳定。７月７日拆除角撑时，该段位移量仅２～３　ｍｍ，　为保证新华电影院安全和抵御其过大的超载影　较事先预计量小。　响，ＡＨ段采取了立体支护模式。因场地条件所限，　支护桩外侧土体沿深度的位移，整体上呈现“凸　布设单排支护桩，设上、中、下三层锚杆加固（设计轴　肚”特征，其中３月１８日曲线为挖深一７　ｍ左右时的　向锚固力４８　ｔ），附加一道支撑于锁口梁内侧的钢管　位移表现，６月８日曲线为挖深至坑底标高一１２　ｍ左　角撑。　右（同步实施基坑降水）时的位移表现，８月３１　Ｅｔ曲　该段监测共布置４个桩顶水平位移观测点，ＳＩＳ７　线为地下室基础施工一基坑降水期间的位移表现　测斜孔，ＨＰ４水土压力观测孔，以及Ｄ３、Ｄ５锚杆应力　（如图２）。　图２　ＡＨ段ＳＩＳ７测斜子Ｌ沿深度变形位移曲线图　从曲线形态分析，变形最大段对应于填土层段，其　厅累计倾斜０．０７３。，其问以地基注浆软托换开始后的　次为软．可塑状粘土一粉质粘土层段；顶部受角撑及上　速率较快，尤其是３月５日～１８日，倾斜角从０．０４６。　层锚杆约束、底段受坑底土侧向约束位移较小。对比　增至０．０７３。，小影厅２楼卫生问下水管被拉裂。之后倾　不同时间的曲线可以看出，随着挖深加大及时问延长，　角及裂缝变化速率下降并渐趋稳定。而６月下旬至７　位移不断增大；当前开挖面以下的变形影响深度可达　月初倾斜速率加快主要与基坑降水以及汛期强降雨有　１　１　ｍ左右；各次观测的位移分布整体形态虽具有相似　关，７月初拆除角撑后，变形速率再次加快（见图３）。至　性，但曲线“凸肚”段的局部波折不尽相同，这除了土　８月中旬，小影厅倾斜基本停止发展，同时最大裂缝的宽　层的差异性影响外，也反映了锚杆、降水等因素的作用　度为５４　ｒａｍ（４．３点）和６０　ｍｍ（４－４点），与工前相比，累　结果　』。结合施工动态分析，一７　ｍ的位移主要由土　计增量为５～１２　ｍｍ。进入８月下旬裂缝亦趋于稳定。　层开挖卸荷松弛、超载引起，部分变形为地基软托换、　综上所述，ＡＨ段支护结构顶水平位移未超过　锚杆注浆压力引起；一１２　ｍ的位移主要由开挖卸荷松　１０　ｍｍ，坑壁土体中的最大位移未超过２０　ｍｍ，地基软　弛及基坑降水作用引起；之后的变形除后期土体卸荷　托换、角撑及锚杆发挥了应有作用，支护方案设计合理　松弛外，主要是基坑持续降水作用的结果，且伴随角撑　并偏于安全。　的拆除，上段土体位移增量较前期显著增大。　４．２基坑ＢＣ段　由于测斜孔位于土体内，其位移并不能完全反映　相邻的桥西商厦为新建的９层框剪结构桩基础建　支护桩本身的挠曲变形。根据角撑钢管上的应力应变　筑，与基坑间隔６—７　ｍ宽的巷道，工前调查未发现任　贴片观测，对应始于２月中旬的地基注浆软托换（基坑　何结构损坏问题。　深一２　ｍ左右），注浆压力曾使角撑一度出现较明显的　第一层开挖阶段（１月中旬～３月２２日），挖至　局部挠曲，除此，角撑状态较为平稳。　一４　ｍ左右施工上层锚杆，然后继续下挖，至３月２１日　相邻建筑物倾斜监测显示，３月１８日以前，小影　挖深至一７　Ｉｎ。此阶段桩顶发生较大位移，１３＃点附近　特刊　曾瑞：深基坑施工监测的实施与实时分析　１４ｌ　Ｉ　３Ｔ２一一一－ＳＴ３Ｉ　ｌ－／，一、　一’＼＾　、蜊ｖ许嘲霭晕　’．　，　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　：Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　０　兮¨∞　叭∞叭　０　Ｏ　一　／　＼、、　，　／＼　．　／／　＼、、——　，ｒ．　．＼一、—／　．　一一．一一　一，／．　．＼　／．．＼　’　。　’。一一一　’　＼／。　。＼　／一一　。　》７．１２．１３—９８＿］５　３．５—３．１８　３．１８—４．２　４．２—４．１５　４．１５－４．３０　４．３０－６．９　６．　６．２３　６．２３—６．３０　６．３－￣ＺＸ　７．４—７．１５　７．１５—７．２２　时段　图３小影厅倾斜速率时程曲线图　累计位移达到６０　ｍｉＤ＿，仅３月１８日～２０日两天，位移　水现象，使土层颗粒过度流失，导致位移量急剧增加。　速率达１１．４１　ｍｍ／ｄ，同时坑边及排水沟出现１．５～３．０　就此及时反馈预警信息，在采取安装锚杆腰梁并施加　ｍｍ宽的裂缝，相邻巷道路面亦有明显裂缝。分析认　预应力措施后，变形得到了遏制，位移速率逐步下降回　为：在该段锚杆施工过程中发生的上部填土层大量涌　复至正常（表１、表２、图４）。　表１　Ｂｃ段各点水平位移量数据表　单位．１ＩＬｒ￣　１　。　／‘・．　１　。　日。　／　，，　一、’．．’・　目　．　糌　－　．　／　、、’．．　制　稔　：　，一一　…　二二＝＞　。　。　　。。　。　’　‘　、　三：：≥　一　０２　时段　…１２　…一１３　…ｌ４　——ｌ５　一…一ｌ６　图４　ＢＣ段水平位移速率时程曲线图　第二层开挖阶段（４月１４日～５月１１日）：基坑开　基为开挖基坑后的回填土，密实度不足。反馈信息后，　挖至坑底，由于内外双排桩共同发挥作用，坑壁未出现　施工对抽水量进行了控制，自５月１３日开始地下水位　异常变形，但由于降水减压引起周边较大范围的沉降，　有所回升，周边沉降速率则相应回落。此后施工降水　典型如桥西商厦门前台阶下沉达３０　ｍｍ。分析原因主　控制较好，至基坑工程结束时周边沉降增量较小，如桥　要有：（１）降水初期于坑底局部涌砂冒水，为封堵漏点　西商厦门前差异沉降量累计最大为３５　１ＴｌＩＩｌ。　加快了降水速度，抽水量较大，地下水位快速下降，因　基础施工阶段（５月１２日～６月８日）：这一阶段　而导致周边地面沉降较快。（２）桥西商厦门前台阶地　开挖已结束，主要进行承台及地下室底板施工，整个基　１４２　资源环境与工程　２００８牟　坑的支护及降水体系运行正常，基坑变形处于较长时　间的平稳状态。　４．３小结　斜有所加大，注浆软托换结束后倾斜发展得到有效扼　制，说明软托换技术是加固相邻浅基础建筑物地基的　有效方法之一。　（１）支护结构的水平位移集中在大开挖时期，位　移过大亦与超挖密切相关。在分层开挖过程中，各层　开挖均引起支护结构位移，尤其是一７　ｍ段的开挖位　５结语　从阳光大厦基坑施工过程监测结果来看，基坑支　护及降水设计合理并留有余地，内外排桩支护形式大　大增强了支挡结构的稳定性，提供了基坑安全的基本　移较大，其中以ＢＣ段表现最为突出。进入内排桩以　下的开挖后位移无大的发展，累计量较小。　（２）沉降主要发生在降水初期，基坑降水对周边　保障。针对特殊不利地段采取内支撑，增加锚杆层数　环境的影响具有明显的时间滞后过程。由于采取了封　等措施，强化了薄弱部位抵抗变形的能力。事实证明，　降结合的防水措施，降水主要影响范围在基坑周边。　支护设计达到了预期工程目标。同时，该基坑的施工　基坑降水形成降落漏斗后，致使上覆土层的浮托力减　监测有针对性地采用了不同手段和方法，既兼顾全面　小、含水层“骨架”间的有效应力增加，从而导致含水　又突出重点，通过实时分析和信息反馈，为设计施工掌　层被压缩，宏观上表现为地面沉降。“降水方案”计算　握基坑变形动态及支护结构工作状态、及时处置隐患　预测地面沉降最大值为３８　ｍｍ，实测值为４９　ｍｉｌｌ左右，　提供了依据，在信息化施工、保障基坑及周边环境安全　比预计的大，这主要与沉降计算中选取的经验系数　等方面发挥了重要作用，取得的实际经验和成果，可为　Ｍｓ、分层压缩模量Ｅｓ等参数的准确性相关。　类似基坑工程参考和借鉴。　（３）在大开挖结束进入地下室底板施工以后，各　段的水平位移均趋于稳定。如７月６日开始拆除ＡＨ　参考文献：　段钢管角撑，至７月７日１７时吊出钢管，实测当时最　［１］ＤＢ４２／１５９－－１９９８，基坑工程技术规定［ｓ］．　大位移量为２．４０　ｍｍ，小于事先预计值。此后监测反　［２］深基坑支护工程设计技术［ｓ］．北京：中国建材工业版社，２００６．　映该段基本稳定。　［３］　邓能兵，高华．武汉市阳光大厦深基坑工程设计［Ｍ］．武汉：武汉　工业大学出版社，２００７．　（４）新华电影院大、小影厅在基坑开挖前，由于相　［４］李青岳，陈永奇．工程测量学［Ｍ］．北京：测绘出版社，１９９６．　互影响及地基不均匀沉降导致大小影厅问出现裂缝。　在３月份实施小影厅地基注浆软托换期间，小影厅倾　（上接８４页）　［４］　刘云祯，王振东．瞬态面波法的数据采集处理系统及其应用实例　参考文献：　［Ｊ］．物探与化探，１９９６，２０（１）：４４—４５．　［】］　李大心．探地雷达方法与应用［Ｍ］．北京：地质出版社．１９９４．　［５］李成香、王建军，等．地质雷达在公路裂缝检测中的应用［Ｊ］．工程　［２］王振东．浅层地震勘探应用技术［Ｍ］．北京：地质出版社，１９８８　地球物理学报，２００４，１（３）：２８２—２８６．　［３］　杨成林．瑞雷波勘探［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９３