大型建筑深基坑变形监测研究

时间：2024-08-31

邹锟

摘要：深基坑工程的施工监测可以对深基坑的开挖施工提供控制依据。本文结合上海地铁某站基坑监测实例，分析了该基坑工程的工程概况及监测内容，并对基坑坑外地表沉降、围护墙顶部变形、围护墙体侧向变形、支撑轴力、坑外潜水水位、承压水水位、立柱桩垂直位移的监测数据进行了分析，为基坑的变形预测提供了基础数据条件。研究成果可为类似的基坑工程提供参考和借鉴。

关键词：大型建筑基坑变形监测

中图分类号：TU433 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）10（b）-0100-03

Abstract： The construction monitoring of deep foundation pit engineering can provide control basis for the excavation construction of deep foundation pit. Combined with the monitoring example of a subway station in Shanghai， this paper analyzes the engineering situation and monitoring contents of the foundation pit， and analyzes the monitoring data of the surface settlement of the foundation pit， the deformation of the top of the retaining wall， the lateral deformation of the retaining wall， the supporting axial force， the groundwater level outside the pit， the confined water level， and the vertical displacement of the column pile. The research results can provide reference for similar foundation pit engineering.

Key Words： Large building; Foundation pit; Deformation; Monitoring

1 依托工程概況

随着城市建设的发展，高层建筑快速发展，基坑开挖日益加深。高层建筑的基坑深度约为20m，有些基坑已达到近30m。由于地下土壤特性、载荷条件和施工环境的复杂性，基坑的施工不可避免地会影响土壤、环境、邻近建筑物和地下设施的特性。对于具有复杂地质条件的基坑，通常很难根据以前的经验或理论分析来预测其变形。

在施工过程中，深层基础井的安全已成为基础施工的重中之重。一点粗心大意不仅会危害矿井本身的安全，还会影响附近的建筑物、道路、桥梁、各种管道和地下设施等，给社会造成巨大损失。因此，控制深基坑的变形尤为重要。

在上海某大型建筑物的深基坑工程中，周围道路下方有许多市政管道，包括多条下水道管道、电力管道、煤气管道和供水管道。连续地下墙用作基坑的封闭结构。第一个支架由混凝土制成，最后一个轴具有5个钢支架，而标准截面则具有4个钢支架。建筑物中心线上的基坑深度约为18.5m;最终井中的基础井深度约为23.4m。基坑设有格子柱，现浇桩布置在柱子下方。该地点的地貌类型属于朝平地带。该地点的地质条件是从上到下：①1层填料土，②3层粉质灰砂土，④一层灰色粉质粘土，⑤1层灰色粘土，⑤3层粉质灰色粘土，⑤4层粉尘灰绿色高品质粘土，⑦1-2层黄色至沙灰色草，粉质土壤，⑦2层黄色草至粉质细沙灰色，⑦2-T层粉质灰色淤泥。根据该地区的区域数据，某些地区的地下水主要包括浅层粘性土层中的浅水，浅粉质土层中的微细水以及局限在深粉质土和沙层中的水。影响基础井建设的地下水包括上层潜水，微压力下的水和压力下的水。

2 基坑变形监测方法

2.1 坑外地表沉降剖面监测

将井外表面沉降曲线的监测点设置在基础井挖掘深度的2倍范围内，3～5个垂直位移监控点。主基坑外有20套地面沉降剖面，编号为DB1-i～DB20-i（i=1、2、3、4、5），共有68个地面沉降点。

2.2 围护墙顶部变形监测

在主基坑的周面上放置40个墙顶垂直位移和水平位移监测点，编号为Q1～Q40，该点的距离约为18m，该点直接用覆盖的钢钉测量8cm长。埋入新注入的上部环形梁中。

2.3 围护墙体侧向变形监测

在地下连续墙内埋设与钢筋笼基本等深度的带导槽PVC塑料管，以监测围护结构侧向变形。在主体基坑周圈共布置40个测斜孔，编号为P01～P40，孔距约18m，测点布置见图1。

2.4 支撑轴力监测

通过在混凝土支架上安装钢筋张力计来测量支架的轴向应力。应变仪安装在左右两侧。钢支架轴向力的控制使用轴向力计来测试支架的轴向压力，并将其安装在支架中。固定端。在主基坑中设置的第一混凝土支撑和第二至五个钢支撑分别在相应位置布置10个轴向力测量点，编号为Zi-1～Zi-10（i=1，2 ，3、4、5个支撑层），在第六个断头井支撑上布置一个轴向力测量点，总共有10套混凝土支撑轴向力测量点，20个应变仪钢筋和41个轴向测力计。

2.5 坑外潜水、承压水水位监测

（1）观察井外潜水水的水位。

潜水水位观察孔在基坑周围2m处布置，每个孔深约8m。在主基坑外部，图1显示了16个观测孔，用于在基坑外部潜水水位，编号为SW1～SW16，其距离约为50m。

（2）观察井外水位。

在主基础井外5m处有四个密闭水位观测孔，编号为CY1～CY4，井深约为48m，在最后一个井外和井底分别设置了两个密闭水位。标准截面基础井有关水位观察孔的测量点的布置，请参见图1。

2.6 立柱桩垂直位移监测

观察基坑开挖过程中支柱的竖向位移变化，了解基坑支护系统的稳定性，了解基坑施工对支柱的影响，并在基坑中确定点顶部的支柱。在基坑主桩顶上共有30个垂直位移监测点，编号为L1～L30。

3 监测成果分析

3.1 周边地表沉降剖面监测分析

基坑周围地表沉降剖面监测共布置20条剖面点，随着基坑的开挖垂直位移表现为明显的下沉趋势，当基础底板浇筑完成后变形速率有所放缓，直至地下结构施工阶段变形逐渐趋于收敛。一般情况每条剖面线距离基坑较近的1号、2号点沉降量较大，2号点的沉降量甚至还大于1号测点，这与基坑开挖后引起坑外地表沉降槽的形态基本一致。

3.2 围护顶部变形监测分析

在基坑围护顶部设Q1～Q40共40个垂直位移及水平位移测点，其中代表性测点的监测曲线如图1所示。

如图1所示，在基坑开挖开始时，由于土方的排放，围护结构的上部具有一定的高度。直到地下結构的施工阶段，变形趋于逐渐收敛。在基坑开挖过程中，外壳顶部的水平位移会导致基坑变形。在去除支撑物的过程中，在基坑中没有发现明显的变形，并且变形在地下结构的施工阶段逐渐收敛。

3.3 围护墙体侧向变形监测分析

选择一个代表性的墙来测量倾斜孔的横向位移。结果表明，每个测量孔最大横向位移的位置与基坑开挖深度一致。从基础坑中浇筑大板直到支撑件的拆卸完成，墙体的侧向位移相对较小，这表明从大板中浇筑混凝土后，深层的侧向位移每个测量孔已逐渐稳定。

3.4 支撑轴力监测分析

分析代表性轴向轴承力的变化。当在每个土壤层中挖掘轴向支撑力时，相邻的轴向支撑力会迅速增加，而当挖掘继续进行直到形成下部支撑时，下部支撑就发挥了重要作用。显然，支撑的强度会减慢直到逐渐稳定。大地板浇筑后，其强度变化基本稳定。

3.5 坑外潜水、承压水水位监测分析

在基础井周围共设置了16个潜水水位观测井和4个密闭水位观测孔。结果表明，基坑开挖过程中，土墙节理之间的渗漏程度不同，井外某些潜水水位的下降程度不同。在采取适当措施堵漏后，井外的水位基本上可以立即升高。可以看出，水位观察孔的布置可以迅速检测出该区域周围壁漏水的可能泄漏，从而可以采取适当的纠正措施。井外水位的波动主要与天气是否下雨有关，在一定程度上显示了水位监测孔的连续敏感性。井外的压力水平与井外抽取的加压水量密切相关。

3.6 立柱桩垂直位监测分析

选择代表性立柱的测点的变化曲线如图2所示。

由图2可知，在开挖过程中受坑底土体卸载后回弹影响上升，原因可作如下解释：大面积开挖时，土体卸荷量相当大，坑底土因卸荷产生较大隆起，带动立柱桩一起抬升。大底板浇捣之后立柱桩的隆起量有明显减小的变化。

4 结论及建议

从2018年3月18日围护结构的初始现场测试值开始，基础井施工监测工作开始，地下结构的施工达到±0.000，监控数据基本稳定。已经进行了大规模的降水、挖掘、支护和拆除测试。由于采用了科学的施工程序和精心的监测方法，已成功地保证了周围建筑物，地下管线和围护结构的正常运行，这表明该围护工程设计，施工和监测方案结构性成功。总结本项目建设的监测，我们可以得出以下结论：

（1）在工程围护结构和桩基施工过程中，由于土壤流失，对周围环境的影响较大，通过监测可以反映出周围土壤的变形规律。及时保证管道的正常运行。

（2）在整个基坑施工过程中，壳体结构的整体变形相对较大。通过实时跟踪和监视，指导施工以确保围护结构和周围建筑物的安全。

（3）在基坑开挖中，应尽可能加快开挖速度，并应合理控制开挖顺序。通过深入支撑的每一层，必须快速建立诸如支撑之类的尺寸，这对于有效控制壳体的变形非常有用。

（4）在基坑开挖阶段和基坑开挖完成之后，尚未浇筑底板，应考虑到恶劣天气，例如大雨。因为此时，外壳处于最不利的压力状态。一旦发生不利因素（例如喷砂），将对机柜的安全运行产生重大影响。

（5）在基坑施工期间，由于加强和改善了对围墙和周围环境的变形观测，以及对周围水体的监测，及时反馈了信息并指导施工以确保项目的安全性和平稳性基坑开挖已完成。因此，施工监控是确保工程施工安全，减少经济损失，同时验证机柜设计准确性的必不可少的有力手段。

参考文献

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