旧厂房改造加建基坑项目监测分析

李超，刘华，路浩，黄智焱，赵铁灵

(1. 山东交通学院交通土建工程学院，山东济南 250357；2．济南市城市建设投资服务中心， 山东济南 250014；3.济南城市建设投资集团有限公司，山东济南 250101)

旧厂房改造加建基坑项目监测分析

李超1，刘华2，路浩2，黄智焱3，赵铁灵3

(1. 山东交通学院交通土建工程学院，山东济南 250357；2．济南市城市建设投资服务中心， 山东济南 250014；3.济南城市建设投资集团有限公司，山东济南 250101)

为研究施工过程中基坑变形规律和邻近旧厂房柱下独立基础的沉降规律，以及两者之间的关系，依托某轧钢厂房改造加建项目，通过对旧厂房内加建地下室基坑坡顶的水平和竖向位移以及旧厂房的柱下独立基础的竖向位移进行跟踪监测，对监测数据进行分析。监测结果表明：基坑采用的支护形式得当，基坑边坡横向和竖向位移均满足要求，厂房内基坑施工对原有厂房的柱下独立基础沉降的影响得到了有效控制，满足基础竖向位移要求；基坑边缘过长且过于平直不利于基坑边坡稳定，适当增加短边和转折，能够增加边坡横向刚度，并为相邻边提供支点，使边坡水平变形减小，有利于提高边坡横向稳定性；在设计基坑支护时应充分考虑相邻基坑的影响。

旧厂房；改造；基坑；监测

近年来，城市市区内旧厂房拆迁改造项目越来越多，将城市的废旧厂房改建为文化服务设施，是充分利用资源的举措，也是完善城市基础设施、文化娱乐设施建设的一条途径[1-7]。由于改加建部分基坑距离旧厂房建筑物基础较近，岩土环境复杂，容易发生建筑物倒塌等安全事故，造成经济损失和人员伤亡[8-14]，因此，为了保证基坑施工过程中的安全性，在旧厂房内进行基坑工程施工过程中加强基坑和原有建筑变形监测非常必要[15-20]。然而在旧厂房内部开挖基坑的案例较少，相关的监测数据与分析资料匮乏。本文通过对厂房改造加建项目的基坑坡顶水平和竖向位移以及原有厂房的柱下独立基础的竖向位移规律进行研究，对该项目的基坑变形规律以及原有厂房的柱下独立基础的沉降规律进行分析总结，为类似工程施工提供理论和实践依据。

1 工程概况

1.1工程简介

工程拟对某轧钢厂房改造，在旧厂房内部加建两个地下室。拟建两个地下室采用天然地基，筏板基础。基坑较方正，两个基坑的尺寸分别为58.5 m×14.2 m 和 68.7 m×14.1 m，如图1所示。

图1 基坑位置示意图

表1 基坑开挖要素

基坑位于原有工业厂房的独立基础中间位置，基坑外边缘距离原厂房最近的位置1.05 m。拟开挖基坑要素见表1。根据设计要求，厂房东侧独立柱间加砌砖墙，需要设置钢筋混凝土连续基础。连续基础的两端与相邻独立柱基础刚性相连。

1.2场地工程环境

拟建场地位于原有某中型轧钢厂厂房内部，原有厂房为独立柱基础。厂房周边较空旷，西侧约100 m有一水沟，沟内存有少量地表水。场地内无地下管线。勘区土层主要分为杂填土、黄土、粉质黏土和中风华石灰岩4层，自上而下分述如表2所示。

表2 土层参数

1.3支护方案

图2 地下室基坑支护方案典型断面

考虑场地工程地质、水文地质、基坑周边环境及基坑深度，依据基坑工程有关技术规范、规程，结合类似工程经验，对该基坑工程支护结构采用放坡及微型桩垂直复合土钉墙支护形式，直立开挖，坡面挂网喷混凝土。该基坑典型剖面设计如图2所示。由于原来是轧钢车间，厂房内上部土层受油污污染较严重，同时夹杂了大量由拆除原厂房混凝土构造物产生的建筑垃圾，稳定性差。为了提高开挖后基坑边坡的稳定性，同时降低基坑边坡上部荷载，减少支护工程量，在支护结构施工前清除1～2 m上部土层。

2 施工监测方案

2.1施工方案

施工工序为：平整场地—测量定位—支护桩施工—冠梁施工—分层开挖土层—锚索施工—基础底板施工。其中支护桩和冠梁施工、分层开挖土层以及锚索施工的施工工序为：先开挖至支护桩施工平面(约1～2 m)，进行支护桩和冠梁施工，然后分层开挖土体，每层开挖的高度不大于3 m，当开挖至锚索所在位置以下0.5 m时进行锚索施工，锚索施工完成后再进行下一步的开挖，直至基坑开挖完成。

2.2监测方案

为了保证工程施工过程中的安全性，减小事故发生率，综合基坑施工现场的具体情况，所监测内容有基坑坡顶水平及竖向位移监测、基坑周边建筑物基础沉降监测、新建建筑物主体沉降监测和现场巡视检查。本文选取2#基坑的几个具有代表性的特征点，分析其水平、竖向位移变化规律及基坑周边建筑物基础沉降规律。

1)基坑监测要求与方法

水平位移监测基准点采用高精度全站仪进行观测，采用极坐标法进行控制测量。竖向位移监测基准点采用美国产天宝DiNi03数字水准仪进行联测，3个基准点组成闭合环线，按文献[21]中二级水准测量要求进行水准测量。联测不少于3次，若发现异常，应及时增加联测次数。

施工过程监测频率按照文献[21]中的要求对支护桩部位按照一级基坑监测频率实施。考虑旧厂房改造结构设计要求最大变形量小于规范中一级基坑监测预警值，各监测项目的具体预警值按照旧厂房改造结构设计要求确定，详见表3。

表3 基坑监测预警值

2) 基坑监测点设置

监测点设置方法为：电钻在冠梁上打孔注浆，将标准监测标志埋于钻孔内。共设置12个位移监测点，编号为W12～W23，水平位移监测与竖向位移监测共用监测点。

基坑周边建筑物共布设22个沉降观测点，编号为C23～C44。方法为电钻打孔，将监测点布设于厂房的承重结构部位(如果旧的厂房沉降监测点保存完整，可直接利用)，具体监测点的布置图如图3所示。

图3 2#基坑的监测点布置图

3 监测数据分析

选取2#基坑的特征监测点，基坑坡顶水平及竖向位移监测点为W12、W14、W15、W18、W19、W20，基坑周边建筑物基础沉降监测点为C24、C28、C34、C37、C42、C43、C44。基坑坡顶各监测点的水平位移变化曲线如图4所示。

3.1基坑坡顶水平位移监测数据

图4 基坑坡顶监测点的水平位移变化曲线

从图4可以看出：监测点W12是水平位移最大的部位，监测点W12位于基坑的西南角位置，第14次监测(开挖支护完成)则稳定在0.7 mm，其水平位移方向均为朝向基坑内部方向。而位于基坑角部(位于基坑西北角)的监测点W15前10次的监测与W12保持一致，第11次监测的水平位移仍为0.3 mm，第12次监测为0.4 mm，其后便稳定在0.4 mm，第11次监测时监测点W15附近的土体已经完成开挖，第12次监测时完成锚索施工，可以看出锚索施工对于监测点的位移变化有一定影响。对于同一个基坑，两个监测点的位置对称，荷载状况也对称，因此初期变形相同。位于基坑中部的监测点W14在前6次监测的水平位移均为0，其后的监测中一直稳定在0.3 mm不变。相对于基坑角部的2个监测点，基坑中部监测点的水平位移较小。如果考虑到基坑两端东西走向支护桩的支撑作用，位于基坑南北走向支护桩中部监测点的水平位移应当是最大的，但是监测结果与之相反，这说明东西走向的两排支护桩刚度不够大，没有起到作为东西两侧支护桩支点的作用，基坑东西走向两排支护桩与南北走向西侧的一排支护桩水平变形是相互协调的，在水平位移上表现出支护桩两端的水平位移不小于支护桩中部，各排支护桩的应力分布比较均匀，各个支护桩充分发挥了支护作用，达到了安全、经济、适用的目的。

基坑东侧的形状较复杂，但支护桩的截面尺寸与其他3边相同，造成局部短边的横向刚度增大，可以作为另一边的支点，水平变形相对另一侧基坑坡顶要小的多。监测数据曲线也体现了这一规律。W18监测点位于基坑南北走向东侧的支护桩和斜向支护桩的交点，第4次监测的水平位移为0.1 mm，第5次监测为0.2 mm，其后的监测维持在0.5 mm，在第13、14次监测，由于施工机械等不确定因素的影响，水平位移异常增大。W19监测点位于基坑南北走向东侧一段与东西走向的一小段支护桩的交点位置，第10次监测的水平位移由0变为0.1 mm，其后一直稳定在0.1 mm。W20监测点位于南北走向的一小段支护桩的中点，第13次监测的水平位移为0.2 mm，第14次监测维持在0.2 mm。其横向位移变形规律与其他监测点相近。

通过对基坑坡顶横向位移监测数据分析发现，基坑东侧监测点横向位移普遍小于西侧监测点，说明在基坑东侧设置连续基础并与相邻独立柱基础刚性相连对于提高基坑边坡横向稳定性具有重要作用。另外，在基坑长边坡适当增加短边和转折，有利于增大边坡横向刚度，提高边坡横向稳定性。

3.2基坑坡顶竖向位移监测数据

图5 基坑坡顶竖向位移监测数据曲线

由图5可知：W12监测点位于基坑南北走向西侧支护桩北边角点位置，其竖向位移在第7次监测(开始开挖监测点W12附近的土体时)由0变为0.2 mm，第8次监测(施工相应位置的锚索)为0.4 mm，其后一直稳定在0.4 mm，直至第13次监测(施工相应的锚索)为0.5 mm，第14次监测(其附近的土体施工已经基本完成)为0.6 mm。W15监测点同样位于基坑南北走向西侧支护桩南边角点，竖向位移在第10次监测由0变为0.2 mm，第12次监测(施工锚索)由0.2 mm变为0.3 mm，第13次和第14次监测分别为0.4 mm和0.5 mm。两个对称位置监测点的竖向位移相比较，靠近1号基坑的监测点W12的竖向位移要比W15大，即相邻基坑的施工同样会影响本基坑相应位置的竖向位移。监测点W14位于基坑南北走向西侧支护桩中点位置，其竖向位移相对较小，在第10次监测由0变为0.1 mm，其后一直稳定在0.1 mm。与位于角点的两个监测点相比，其变化规律与水平位移相同，即基坑东西走向的两排支护桩与南北走向西侧的一排支护桩竖向变形是相互协调的。

对于基坑南北走向东侧支护桩位置的监测点，由于基坑边坡形状较复杂，竖向变形规律不明显。监测点W20位于小段支护桩中点位置，其竖向变形最大，在第2次监测(在监测点附近开挖表层土体)由0变为0.1 mm，在第9次监测(监测点附近第一层土体开挖)由0.1 mm变为0.3 mm，在第10次监测(监测点附近施工第一层锚索)为0.5 mm，第12次监测(监测点附近开挖第二层土体)为0.6 mm，第13次监测(监测点附近施工锚索)变为0.7 mm，第14次监测(监测点附近土体开挖完成)为0.7 mm。监测点W18在第4次监测由0变为0.2 mm，其后一直稳定在0.2 mm，直至第13次监测为0.4 mm，第14次监测为0.6 mm。监测点W18的起始竖向位移比较小，在第13次监测和第14次监测时由于施工荷载等偶然因素的影响，竖向位移变化比较大，监测点W19、W20的竖向位移具有同样的规律。由此可见，基坑短边对基坑边坡横向稳定性具有很强的支持作用，但由于支撑面积小，对基坑竖向荷载的支撑能力较差。

3.3基坑周边建筑物基础沉降监测

图6 基坑周边建筑物基础沉降监测点曲线

基坑周边原有工业厂房独立基础距基坑外边缘最近的距离仅1.05 m，基坑开挖势必对其稳定性造成影响。选取有代表性的基坑周边建筑物基础沉降监测点进行分析，监测点沉降曲线如图6所示。监测点C24位于基坑的西南角，靠近1#基坑。监测点C24的竖向位移在第2次监测(开挖表层土体时)由0变为0.1 mm，然后一直稳定在0.1 mm，直至第15次监测(第二层土体施工)，由0.1 mm变为0.5 mm，第16次监测(第二层锚索施工)为0.6 mm，第18次监测(监测点附近开挖完成)为0.7 mm，第23次监测为0.9 mm，第25次监测为1.0 mm，其后均稳定在1.0 mm。可见监测点C24距离基坑有一段距离，其变形相对于施工工序的开展较为滞后。监测点C34与监测点C24处于对称位置，其竖向位移在第3次监测由0变为0.1 mm，其后呈现出阶梯式增长趋势，直至第23次监测发展为1.1 mm并稳定。监测点C24与监测点C34的竖向变形总位移基本一致，但开挖顺序造成沉降的时间规律不同。监测点C28位于基坑南北走向西侧一边中点附近，其沉降变化曲线呈现明显的阶段性特点，其竖向位移在第2次监测由0变为0.1 mm，第4次监测为0.3 mm并稳定，直至第14次监测发展为0.5 mm，其后竖向位移逐步增长，第15次监测为0.7 mm，一直到第27次监测，增长为1.7 mm。相对于监测点C24、C34，C28的竖向位移变化更大。造成监测点C28位移较大的原因主要是该点位于基坑长边的中间位置，该边形状平直，自支撑能力较差，导致中间部分支护桩的应力水平加大，支护桩的横向变形和竖向变形随之增大，从而使周围土体产生较大变形。监测点C24、C34、C37同样位于由基坑长边组成的角点附近，因此其竖向位移变化规律基本相同。监测点C42、C43、C44位于由基坑短边组成的角点附近，其竖向位移变化规律与监测点C24、C34、C37相近，但竖向总位移大0.4～0.5 mm。

4 结论

1)采用的支护形式得当，厂房内基坑施工对原有厂房的柱下独立基础沉降的影响可以得到有效控制，满足基础竖向位移要求。东西走向的两排支护桩与南北走向西侧的一排支护桩水平变形相互协调，支护桩的应力分布较均匀，能充分发挥支护作用，达到安全、经济、适用的目的。

2)基坑边缘形状与基坑边坡自支撑能力关系密切。基坑边缘过长且过于平直不利于基坑边坡稳定；适当设置转折，有利于增加边坡横向刚度，并为相邻边提供支撑点，使边坡水平变形减小，有利于提高边坡横向整体稳定性。

3)在原有独立柱基础之间设置连续梁基础不仅能够改善结构稳定性，对于提高基坑边坡横向稳定性也具有重要作用。

4)支护结构施工前清除受油污污染的杂填土层，不仅降低了基坑边坡上部荷载，减少支护工程量，节约建设资金，同时也有利于提高开挖后基坑边坡的稳定性。

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(责任编辑：郎伟锋)

MonitoringAnalysisofAdditionalFoundationFitProjectsforoldFactoryBuildings

LIChao1,LIUHua2,LUHao2,HUANGZhiyan3,ZHAOTieling3

(1.CollegeofTransportation&CivilEngineering,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250357,China; 2.JinanUrbanConstructionInvestmentServiceCenter,Jinan250014,China; 3.JinanUrbanConstructionInvestmentGroupCo.,Ltd.,Jinan250101,China)

In order to study the deformation patterns of foundation pits，the settlement patterns of single foundation under the columns of adjacent old factory buildings during the construction, the former and latter relationships,and the monitoring data by tracing the horizontal and vertical displacement of the top surface of the additional basement foundation pit of the old factory building and the vertical displacement of the single foundation under the column of the old factory building is analyzed relying on an additional reconstruction project of a rolling mill building.The monitoring results show as follows. The type of support adopted in the foundation pit is satisfactory, which meets the requirements of the horizontal and vertical displacement of the foundation pit slope. It is effectively controlled that the foundation pit construction of the factory building affects the single foundation settlement under the column of the original factory building, which meets the requirements of the vertical displacement of base. It is not good for the stability of the foundation pit slope with the long and straight foundation pit edge, so it is suitable to add the short sides and turns, which can increase the lateral stiffness of the slope, provide the support points for the adjacent sides, make the horizontal deformation of the slope small, and improve the lateral stability of the slope. Therefore, it is fully to consider the influence of adjacent foundation pits in the design of the foundation pit support.

old factory buildings; reconstruction; foundation pit; monitoring

2017-01-17

李超(1979—)，男，济南人，副教授，工学博士，主要研究方向为道路工程,E-mail：635833177@qq.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2017.02.011

TU753

：A

：1672-0032(2017)02-0066-07