郑州某深基坑工程监测成果分析
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作者: 张昭
摘要：某工程场地周围建筑复杂，基坑施工环境风险较大。为确保基坑及临近设施安全，对选用的支护方案进行施工监测，对基坑本身、支护结构及周边的环境及管线进行了监测，对支护结构的内力的变化情况进行了监测和分析，为基坑的信息化施工提供了依据。
关键词：深基坑；信息化施工；监测
中图分类号：TUT12.3
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2011)10-0078-02
1.工程概况及水文地质条件
该工程位于金水东路，地貌单元为黄河冲积泛滥平原，根据勘察部门提供的勘察报告，基坑涉及深度范围内岩土层特征从上到下分述如表1。
2.基坑围护体系设计方案
基坑主体围护结构采用钻孔灌注桩结合基坑降水方案，围护结构采用φ1000@1200mm钻孔灌注桩，外放300mm做φ850@600mm的三轴搅拌桩止水帷幕，水泥搅拌桩长35.00m。钢筋混凝土冠梁。
基坑内设置4道支撑，根据设计要求，基坑安全等级为一级。
3.监测项目
根据基坑特点及工程地质和水文地质情况，监测项目为：桩顶水平位移监测；围护结构深层水平位移(测斜)；基坑地下水位变化监测；基坑维护结构构内力监测；支撑轴力监测；基坑周围地表沉降监测；周围建(构)筑物、地下管线变形监测等。
本文主要取以下几个基坑监测项目方面进行分析：
(1)支护桩体深层水平位移监测；
(2)周边地表沉降监测；
(3)水平支撑体系内力监测。
4.监测数据分析
4.1支护桩体深层水平位移监测
4.1.1测点埋设及观测方法
支护桩体的深层水平位移利用垂直测斜仪及其配套的PVC测斜管进行监测，观测精度为0.1 mm／0.5m。
4.1.2围护桩深层水平位移监测分析
图1、图2分别为两个测点在各个工况下的桩体水平位移曲线图。从图中可以看出，随着基坑开挖深度的加深，围护桩在不同深处的水平位移都有增大趋势，最大水平位移和最大变形速率的发生位置也逐渐下移，位移量及变形速率开始增大，由于上部有两三道支撑的约束，变形曲线呈现出两头小中间大的“弓”型。最大位移量一般发生在接近开挖面的位置，大致在开挖深度的2／3处。
开挖到基坑底部时，桩体最大位移量值达到了最大，桩体上部位移量出现了少量回落，这是由于上部四道支撑全部安装，对桩体的约束力较大。
对所有监测数据进行整理分析可以得出以下结论：
(1)在基坑整个开挖过程中，桩体水平位移在12mm之下，变形量均在允许范围之内。
(2)桩体水平位移主要是由土方开挖所引起，且与开挖深度成正比关系。支撑安装后最大位移量会向下移动，上部变形量相对变小，但是桩体整体变形量是随开挖深度的加深而增大的。
(3)基坑变形是一个动态变化的过程，在基坑开挖完毕后，桩身位移仍呈现继续增大的趋势，因此在基坑施工过程中要控制好施工速度，采用分段分层、分步、分块、对称、平衡、限时的开挖一支撑原则，尽量减小基坑的暴露时间，以控制墙体位移。
4.2周边地表沉降监测
4.2.1测点埋设及观测方法
为保护测点不受碾压影响，地表沉降测点标志采用窖井测点形式，采用人工开挖或钻具成孔的方式进行埋设，测点加保护盖，孔径不得小于150mm。
4.2.2周边地表沉降监测分析
基坑开挖会直接导致周围土层发生移动，从而引发坑后土体产生沉降，因此会对周围建筑物或市政设施造成危害。在本基坑周边有较多建筑物和管线，周围地表的沉降变形影响不仅关系到本工程的安全与稳定，还关系到周边建筑物及管线的安全与稳定。因此，在基坑的开挖过程中对地表沉降进行预测和控制是十分必要的。监测数据较完整的DB-7和DB-9两个剖面测点进行分析，DB-7剖面两侧都布置了观测点，DB-9剖面取单侧进行观测，每侧两个观测点分别位于开挖面两侧3m和6m处，图3、4，为两个剖面观测点沉降的时程变化曲线图。
从图中可意看出各测点整体沉降量随时间不断增大。基坑初期开挖深度较浅，沉降量较小。随着土体开挖深度和坑底降水量的增加，基坑围护结构变形量和土体固结量也随之变大，地表沉降量也有较大的增加。在安装预应力钢支撑后，外侧土体出现短暂的上升趋势，这主要是由于支撑预应力施加后，基坑外侧土体受到向外方向的挤压而出现相对隆起。随着应力的消散土体还是呈继续向下趋势，所以我们会看到沉降曲线呈现少量的上下浮动，但是整体沉降量还是向下的。基坑快开挖到底部时，沉降速率的增长值明显小于前面两个时期，这是由于内支撑基本架设完毕，以及内部结构的围护作用，基坑趋向一个稳定的状态。
对比同个剖面不同观测点的沉降曲线，我们可以发现距开挖面6m处观测点的沉降量要比3m处略大，这是因为墙体和土体的摩擦制约了其附近土体的沉降，一般来说基坑开挖对地表沉降的影响距离为坑边围护桩深度1-1.5倍。其中最大沉降位置一般在一倍开挖深度和一倍支护桩体深度之间，所以在实际工程施工时，应针对该范围内的相邻建筑物和地下管线进行严密监测和采取相应的保护措施。
基坑开挖到底过程中，所有地表沉降观测点最大沉降量均在11 mm之下，满足基坑监测安全规范要求。
4.3支撑内力监测
4.3.1支撑轴力监测分析
支撑结构轴力的监测是基坑工程现场监测的主要内容之一，通过对支撑轴力的监测，我们可以及时地掌握支护结构的安全性状，并为后期的开挖方案和开挖步骤提出建议。基坑共设四道钢支撑，支撑的架设应做到随挖随撑，待基坑分层、分段土方开挖到位时，立即进行支撑架设，并准确施加预应力。
为了能更好地分析各道支撑轴力随基坑开挖的变化情况，我们选取两个测面进行分析，每个测面有4个测点，分别位于四道支撑。
图5、6分别为两个测面的轴力变化时程曲线。从图中可以看出：第一道支撑随土方开挖深度的加深，支撑轴力逐步增加，但在整个施工过程中，其轴力由于施工和气温等因素的影响有所波动，但基本保持稳定。轴力在210KN到376KN之间波动，变化幅度不大差值为156KN。第二道撑其轴力呈上升趋势，轴力在310KN到511KN之间波动，变化幅度差值为201 KN。第三道和第四道支撑轴力总体也是呈上升趋势，最大轴力分别为453 KN和329 KN。
从上图可以看出：
(1)土体被挖除后，支护桩体在桩背土体荷载作用下向坑内移动，引起侧压力的增加，进而引起支承轴力的增加。但在整个施工过程中，支撑轴力并不是单调递增的，而是呈现出上下浮动的趋势，这是由于施工情况和气温的变化造成的，因此在钢支撑轴力的监测过程中，应尽量在每天的同一时间进行测试。
(2)下层钢支撑的架设和拆除对上层支撑轴力会产生较大影响。所以在下层支撑架设和拆除的过程中应加强支撑轴力监测，及时掌握支撑应力的变化对基坑变形带来的影响，避免因支撑架设和拆除而引起的基坑支护体系较大变形。
(3)基坑每层土体开挖到位后，应尽快架设钢支撑并施加合理的预应力，以减小基坑暴露时间，同时应选用合理的锁
定方法以减小预应力的损失，改善围护桩的受力条件，减小桩体的水平位移。
(4)在基坑施工过程中，每道支撑所测轴力值均小于轴力设计值，一方面表明钢支撑是安全的，另一方面也说明钢支撑并没有完全发挥其应有的作用，轴力还有比较大的空间可以利用，有优化的余地。
5.结论
本文主要对围护桩体的水平位移、周边地表沉降、水平支撑体系内力的监测结果进行了数据分析，在本基坑开挖过程中，桩体水平位移、支撑轴力等监测项目最大值均远小于警戒值，说明设计方案比较保守，围护桩和支撑并没有完全发挥作用，还有较大的优化空间。
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