深厚填土区深基坑施工全过程监测与分析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

深厚填土区深基坑施工全过程监测与分析

发表时间：2020/10/13 来源：《基层建设》2020年第19期作者：龙星

[导读] 摘要：深基坑施工会对周围土体、围护结构及周围环境的安全造成极其不利影响。

        广州市吉华勘测股份有限公司
        摘要：深基坑施工会对周围土体、围护结构及周围环境的安全造成极其不利影响。深基坑工程，针对基坑开挖过程中地表沉降、建筑物沉降、墙体深层水平位移、墙顶水平位移及竖向位移和支撑轴力实施监控量测，并对监测结果进行深入的分析。结果表明：在基坑开挖初期，墙体侧移表现出悬臂弯曲状，水平位移最大值点在墙顶附近处。随着开挖深度的增大，其最大值点位置逐渐向下移动，最终出现在坑底处；基坑开挖60～120d内，墙顶竖向位移发展非常迅速，墙顶水平位移达到位移总量的65%左右。基坑开挖120d后，其位移量变化越来越慢；随着基坑开挖深度增大，支撑轴力越来越大，基坑开挖完成后各道支撑轴力均达到最大值。监测结果表明：在深厚填土区域采用桩锚支护的形式，支护结构水平位移是随着基坑开挖逐渐增大的；水平位移在支护结构顶部最大，随着深度增加，水平位移逐渐减小；在整个过程中锚索的应力有轻微的减少。即使设置了止水帷幕，随着土方开挖的进行，监测的地下水位逐渐下降、地表沉降逐渐增大，表明在深厚填土区域应做好地下水位下降导致地面沉降较大的应急预案，并对基坑顶部的管线、浅基础等沉降敏感建（构）筑物做好相应的处理措施。
        关键词：深厚填土；深基坑桩锚支护；全过程基坑监测；锚索应力沉降；
        一、工程简介
        1.1工程概况
        某基坑项目位于某市某区大运片区，周长约350m，开挖面积约8100m2，场地东侧、北侧现为空地，西侧为市政道路，南侧为大运中心停车场。场地规划拟建包括1栋20层办公楼（高度为100m）、1栋16层办公楼（高度为82.5m）、1栋14层公寓（高度为56.7m）以及商业裙房（高2层），设整体地下室3层。高层住宅结构型式拟采用框架-核心筒、框架-剪力墙，基础拟采用桩基础。基坑开挖范围内的地质情况主要为素填土（填土的堆填时间推测为8～10年）、砂质黏性土、全风化砂岩以及强风化砂岩，其物理力学指标如表1所示。

1.2支护设计方案
本项目周边环境条件较为有利，基坑周边无重要的建筑物，对变形控制指标要求较低。经建设方与周边地块沟通，柔性支护结构可不受用地红线限制，存在锚索施工的有利条件。但本项目开挖范围内几乎全部为素填土，锚索抗拔性能由于不利的地质条件必然会受到影响。经过多组锚索基本试验验证，最终确定了桩+锚索的支护方案（从上至下3道锚索），选取基坑支护的典型剖面如图2所示。

基坑的主要设计方案如下：（1）基坑支护的最大深度为16m左右，周边环境较为简单，除一侧分部有市政管线外，周边无重要建（构）筑物，开挖范围内存在深厚填土，地质条件较差，依据开挖深度及周边环境的破坏后果，将基坑支护的安全等级确定为二级；（2）支护方案为桩+锚索的形式，支护桩桩径为1.2m，支护桩间距为1.8m，锚索设置3道，支护桩长在满足基坑整体稳定和抗倾覆要求的前提下，根据地质条件有所区别，由上至下设置3道预应力锚索，锚索抗拔力根据基本试验和计算要求综合设置；（3）鉴于填土具有较强透水性，且基坑周边存在市政管线及地面停车场，基坑设置全封闭止水帷幕，帷幕采用在2根支护桩中间设置1根3管旋喷桩的形式（桩径为1.0m），帷幕深度要求穿透填土地层不小于3m以达到封闭止水的效果。（4）基坑布置临时排水系统，包括基坑顶部及底部的排水沟和集水井等设施。

        二、深基坑监测方案设计
        2.1监测项目
        本基坑设置的具体监测项目如表所示，主要包括支护桩的水平、竖向位移、测斜值、锚索应力、地下水位以及周边地表和管线的沉降等，监测点的具体位置如图3所示。
        2.2监测频率及预警值设置
        监测频率和和监测预警值是基坑监测的重要指标，一般需要结合周边环境、地质情况以及基坑安全等级综合设置。基坑的监测频率在不同的施工阶段有所不同，基坑未开挖之前一般只监测周边环境及管线情况，待基坑开挖阶段开始对所设置的所有监测项目展开监测工作，随着开挖深度的增加，监测的密度逐渐增加，等开挖至基坑底并浇筑底板后，监测频率会稍有降低，如有内支撑的情况，在拆撑的过程中又需要加密监测频率。在施工过程中如遇暴雨等恶劣天气或出现变形较大超过预警值等危险情况应加密监测，并提供处理建议。结合本项目工程设计，监测频率如4所示。

        2.3监测工作完成情况
        本项目于2018年10月正式开始进场施工，2018年10月～2017年1月为支护结构施工阶段，2017年2月开始布置监测点并采集监测初始值，2017年2月～2019年4月共对基坑支护结构进行了497次变形监测（包括竖向沉降及水平位移），地表沉降共进行了500次监测，对基坑周边管线及道路进行了493次变形监测，对预应力锚索进行了493次变形监测，对水位观测492次，对深层水平位移进行了490次变形监测，基坑于2019年4月回填，监测工作结束。本项目监测工作共持续2年多，各项监测指标在监测期间未出现超过预警值的情况，按时提供了监测报告并及时提供了施工建议。
        三、监测结果及分析
        3.1水平位移监测
        水平位移监测一般包括支护结构顶部水平位移和测斜值监测，本项目共选取了14个支护结构顶部水平位移监测点和8个测斜监测点进行水平位移监测。图3列举了6个桩顶水平位移在整个基坑开挖过程中的变化过程，列举了一个典型的支护桩深层水平位移在不同施工阶段过程中的变化趋势。
        3.2沉降位移监测
        沉降监测点主要包括支护结构沉降监测点、地表沉降监测点以及道路沉降监测点，本项目共设置支护结构沉降位移监测点14个，地表沉降位移监测点14个，以及道路路面沉降位移监测点7个。选取了典型的沉降位移监测数据进行分析，图5列举了典型的支护桩沉降位移随时间的变化趋势，图6列举了典型的地表沉降位移随基坑开挖全过程的变化趋势。支撑轴力监测点位置宜布设在受力很大、很复杂的支撑上，同一平面内测点应不少于4个，且各道同一测点需在一个铅垂面上。对于钢支撑，每个截面内埋设的传感器应不少于3个，且应布设在支撑的非活络端处。对于钢筋混凝土支撑，每个截面内埋设的传感器宜不少于5个，传感器位置宜呈上下或左右对称分布，且宜布设在支撑长度1/3处。为了监测墙顶水平位移和竖向位移，首先将全站仪架设在测站点上并设置好参数，然后设置后视点，再创建后视点并对该点进行后视，最后瞄准监测点并输入目标高进行测量。两者的监测点应为同一点，并布设在紧邻墙体测斜的两根支撑中间部位。监测点间距宜大于20m，且基坑每侧不得少于3个监测点，重要部位宜加密。
        3.3锚索应力监测
        本项目共设有锚索应力监测点7个，每个监测点在每层锚索均进行了应力监测，由于本基坑项目施工速度较快，锚索受荷时间约为1年半，根据监测数据显示锚索应力损失较小，锚索应力减少量基本在10%～15%以内。在锚索应力监测中出现应力损失是常见的，但也经常会出现应力突增的情况，这与锚索的受力状态息息相关。一般支护桩的侧向位移过大往往会导致锚索的应力出现增加的趋势，而应力损失，则经常是由于雨水浸泡土体导致锚索注浆体与土体之间锚固力的损失。
        3.4地下水位监测
        本项目共布置了6个水位观测点，选取了2个水位观测点进行分析，如图7所示，可以看出地下水位是逐渐下降的，累计下降值随着基坑开挖是逐渐增大的，开挖到基坑底附近时，地下水位逐渐趋于稳定，后期施工阶段变化不大。6个水位监测点显示地下水位累计变化值最大约2m，未超过预警值。地下水的下降与地面沉降往往是相关的，基于二者的变化关系可以得出，地下水的下降与地面沉降都是随着基坑开挖逐渐增加，到后期逐渐趋于稳定一直保持到基坑回填为止。为防止地下水位下降导致地面沉降过大，基坑周边往往会预留回灌井进行地下水的回灌处理，回灌井可借用水位观测井也可重新设置，但即使采取回灌措施，在基坑开挖较深的情况下，地下水位的下降往往也是不可避免的。深基坑开挖应做好地下水位下降导致地面沉降较大的应急预案，并对基坑顶部的管线、浅基础建筑物等做好相应的评估和保护工作。为了监测地表、建筑物沉降，采用水准仪测出地表、建筑物监测点高程，并与该测点初始高程作差，所得差值即是该测点的沉降量。地表沉降监测点应设置在基坑挖深1～2倍区域内，监测断面应建立在坑边中部，且与坑边垂直。监测断面个数按实际工况确定，每个断面宜多于5个监测点。建筑物沉降监测点不少于3个，分布于房屋四角，且间距为15～20m左右。
        结束语
        深厚填土条件下进行基坑开挖，控制支护结构顶部水平位移非常重要，随着基坑施工的进行，支护结构顶部水平位移逐渐增加，并且水平位移从顶部到底部有逐渐减小的趋势。分析认为在深厚填土区采用桩锚支护体系，对于变形的控制效果远远不如桩撑支护体系。支护桩沉降位移随着基坑开挖过程的推移逐渐增大，在基坑开挖到底后，沉降位移趋于稳定，而地面沉降位移相比支护桩沉降位移会大很多，因而在深厚填土区需评估支护结构后侧的地面沉降对市政管线的影响，并做好相应的处理措施。在施工过程中，地下水位逐渐下降，累计下降值随着基坑的开挖逐渐增大，开挖到基坑底附近时，地下水位趋于稳定。在深厚填土区开挖深基坑，地下水位的下降不可避免，因此需做好地下水位下降导致地面沉降较大的应急预案，并对基坑顶部的管线、浅基础建筑物等设施做好相应的评估和保护工作。
        参考文献：
        [1]刘作昌.基坑变形监测浅析[J].化工矿产地质，2018，8
        [2]魏永国，王军，等.横琴金源国际广场项目基坑支护工程[R].广州：广东省工程勘察院，2018
        [3]周海.横琴金源国际广场项目基坑支护工程检测结果报告[R].广州：广州建设工程质量安全检测中心有限公司，2017
        [4]孟长江.汉口站出站厅深基坑支护设计与监测分析[J].岩土工程学报，2020，3
        [5]陶隽，王彬.基坑支护设计与临近基础设计相结合的应用[J].天津建设科技，2018，2
        [6]陈国.浅谈深基坑支护施工在建筑施工中相关的技术要点[J].中国建材科技，2017，2
        [7]陈慧勇，隆威，古炜恒，等.复杂环境深厚软弱填土深基坑支护设计实践[J].广东建材，2017，3