某快速路深基坑监测及其成果分析

丁 锟

(福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001)

某快速路深基坑监测及其成果分析

丁 锟

(福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001)

以厦门市某快速路下穿通道深基坑工程为研究背景，对基坑施工过程中桩顶水平位移、深层水平位移、支撑轴力、周边地表沉降的变化规律进行了分析，结果表明：基坑开挖初期，桩顶水平位移、深层水平位移和基坑周边地表沉降呈线性增大，施加钢管支撑后，桩顶水平位移和基坑周边地表沉降逐渐稳定，而深层水平位移最大值开始下移；钢管支撑架设后，支撑轴力逐渐变大，并最终达到稳定。

深基坑；监测；数据分析

0 引言

随着社会的快速发展，城市的地上空间越来越少，地下空间的利用率越来越高，从而带来了深基坑工程的快速发展。深基坑在开挖过程中必然会产生变形，基坑变形监测就是在深基坑施工过程中，通过在关键位置布置监测点，使用先进的监测仪器对基坑支护结构、基坑周围的土体及相邻的构筑物进行全面、系统的测量和分析，使基坑工程处于安全、稳定状态，确保工程顺利进行[1]。

本文基于厦门某快速路的一处下穿通道基坑工程的施工监测过程，针对基坑围护桩桩顶水平位移、围护桩深层水平位移、支撑轴力、周边地表沉降监测进行了分析，总结了基坑在施工过程中的变化规律，旨在给类似工程地质条件下的基坑建设和监测提供一定的参考。

1 工程概况

该工程为厦门某主干道路提升改造项目的一处下穿通道。该下穿通道总长700m，其中两侧浅下沉共长78m，两侧挡墙共长120m，两侧U型槽共长300m，框架通道长202m。通道段基坑最大开挖深度约11.8m，最大开挖宽度约27.8m，泵房处基坑最大开挖深度约14.4m，开挖宽度约34.2m。基坑开挖深度范围内涉及到的土层共分为5层，其主要物理力学指标如表1所示。

表1 各土层参数表

基坑围护段包括两端挡墙及U型槽引道工程和框架通道段，基坑围护体系主要采用以下形式：两侧浅下沉段采用放坡开挖；两端挡墙段采用一排拉伸Ⅳ钢板桩作为围护桩，加一道Φ478mm×10mm钢管横撑；U型槽段采用一排Φ100cm@140cm冲孔灌注桩作为围护桩，加一道Φ478mm×10mm钢管横撑；框架通道采用一排Φ100cm@140cm冲孔灌注桩作为围护桩，加一道Φ478mm×10mm钢管横撑，外侧采用Φ60cm@140cm高压旋喷桩止水帷幕桩，泵房处采用Φ120cm@160cm冲孔灌注桩作为围护桩。在围护桩和冠梁强度分别达到设计强度的100%、80%后方可进行基坑开挖；且土方开挖要分层进行，每一层土方开挖在其上部支护体系满足设计强度后进行，如图1所示。

图1 基坑支护结构剖面图

2 监测项目及测点布置

2.1 基坑监测项目

基坑监测的内容一般分为两部分，即基坑本体监测和临近环境监测。基坑本体中包括围护桩墙、支撑、锚杆、土钉、坑内立柱、坑内土层、地下水等。相邻环境中包括周围地层、地下管线、相邻建筑物、相邻道路等[2]。

本文从保护周边环境、基坑安全的角度出发，结合施工工况，选取了如下有代表性的监测项目：围护桩桩顶水平位移、围护桩深层水平位移、支撑轴力、周边地表沉降。

2.2 测点布置

各监测点位的布置如图2所示。

图2 监测点位的布置图注：S1-S20 围护桩水平位移监测点；CX1-CX8围护桩深层水平位移监测点；ZL1-ZL4支撑轴力监测点；DB1-1～DB4-3周边地表沉降监测点。

3 监测结果分析

本文选取工程中具有代表性的框架通道段基坑监测点的实测数据进行分析。

3.1 围护桩桩顶水平位移数据分析

由图2可知，观测点位置布置在基坑周边，各点间距为20m。该项目采用在冠梁内埋设圆头不锈钢沉降标志的方式布设观测点，并在圆头不锈钢顶部刻“十”字丝。

监测点的桩顶水平位移变化如图3所示。从图3中可以看出：

①随着基坑开挖深度的增加，围护桩顶的水平位移呈现线性增加的趋势，并在几天时间内水平位移增量趋近30mm的警戒值。

②水平位移增量在达到峰值后呈现微小的下降，然后一段时间内趋于平稳。这是因为在冠梁上施加了钢管支撑的结果。在钢管支撑和预应力的作用下，桩顶水平位移向着坑外有了微小的移动，并很快达到了平衡。

③位移曲线在平稳一段时间后，又开始增加，但最终趋于稳定。这是因为在基坑底板砼达到设计强度后，钢管支撑被拆除并浇筑了基坑侧墙引起的变化。

图3 桩顶水平位移变化图

3.2 围护桩深层水平位移数据分析

围护桩深层水平位移监测采用测斜手段观测。测斜管的埋设方式主要有钻孔埋设和将测斜管绑扎在钢筋笼上埋设两种[2]，该工程采用的是绑扎埋设法。监测点布设如图2所示。

本文选取有代表性的CX3、CX5进行深层水平位移分析，变化曲线示意图如图4～图5所示。从图4～图5中可以看出：

①在基坑开挖初期，各测点的水平位移也是随着基坑开挖深度的增加呈线性增加分布，最大位移发生在桩顶处；

②随着基坑开挖的继续进行，最大位移处下移到了桩顶以下3m～4m之间，呈现出“鼓肚”现象，并最终达到稳定。这主要是因为，在冠梁上施加了钢管支撑和预应力，抑制了桩顶处向坑内的位移变化，并使其向着坑外有了微小的变动，桩顶以下深度处由于没有直接受到支撑的作用，其向着坑内的变化仍然在增加，在基坑底板砼达到设计强度后趋于稳定。

图4 深层水平位移变化图一

图5 深层水平位移变化图二

3.3 支撑轴力数据分析

钢管支撑应在基坑开挖至设计标高后及时架设，本文选取分析段落的钢支撑预应力荷载为100kN。支撑内力的监测多根据支撑杆件采用的不同材料，选择不同的监测方法和监测传感器。对于混凝土支撑杆件，目前主要采用钢筋应力计或混凝土应变计；对于钢支撑杆件，多采用轴力计(也称反力计)或表面应变计。该工程采用的是表面应变计，安装在钢管支撑两支点间1/3部位。 监测点布设如图2所示。

支撑轴力的变化曲线示意图如图6所示，从图6中可以看出：

①框架通道内的4处监测点的轴力变化曲线基本一致，都是随时间的增加轴力逐渐变大，并且在钢管支撑架设初期轴力的增长速率最大。

②随着开挖达到设计深度，基坑底板砼达到设计强度后，轴力增加速率变缓，并在达到最大值后基本保持不变。说明钢支撑起到很好的力学作用，对围护结构的稳定及变形控制起到了很好的支撑作用[4]。

图6 支撑轴力变化图

3.4 周边地表沉降

地表沉降监测能直接地反映基坑周边地表的变形情况，测点的布置一般采用地表桩的形式，该工程监测点布置如图2所示。

地表沉降曲线随时间变化示意图如图7所示，从图7中可以看出：地表沉降变化量也是随着基坑开挖深度的增加而增加，监测点在达到各自的初期最大沉降量后，开始趋于平稳，在平稳一段时间后，沉降又开始增加，但增幅不大，并最终达到稳定。这主要是因为基坑开挖到设计深度时，在围护桩上架设了钢管支撑起到了支护作用，使得沉降达到第一次稳定。在基坑底板砼到达设计强度，拆除钢管支撑并浇筑基坑侧墙达到第二次的最终稳定。

4 结论

本文以厦门某快速路的一处下穿通道基坑为依托，结合现场监测数据对基坑开挖过程中基坑的变形规律进行了分析，得出以下结论：

图7 地表位移变化图

(1)根据基坑监测的围护桩桩顶水平位移、围护桩深层水平位移、支撑轴力、周边地表沉降等数据可以看出，基坑变形与施工工况是紧密相关的。

(2)围护桩深层水平位移变化曲线呈现“鼓肚”现象，表明围护桩的中间未设置钢管支撑的部分易产生较大的位移，施工时引起重视。

(3)支撑轴力随时间的变化是稳定增长的，在达到最大值后基本稳定。及时有效地进行钢管支撑的施工，能有效地控制桩顶水平位移、深层水平位移的变化和周边地表沉降的变化。

[1] 郭景全，李文华.深基坑开挖施工监测技术[J].桥隧施工与机械，2015(12)：73-76.

[2] 刘国栋，王卫东.基坑工程手册(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2009(2)：39-42.

[3] 刘亚洋，卫宏.某深基坑监测数据分析[J].岩土工程界，2009(12)：43-46.

[4] 牟亚洲.深基坑围护结构内支撑轴力的监测及分析[J].铁道设计，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

丁锟(1982.9- )，男，工程师。

E-mail:328228617@qq.com

2017-02-17

TU473

A

1004-6135(2017)06-0100-04