深基坑变形监测实例分析_陈娟

深基坑变形监测实例分析陈 娟,李夕兵,顾开运(中南大学资源与安全工程学院,长沙 410083)摘 要:以广州某深基坑工程为研究对象,对其支护结构的变形展开监测分析,在统计研究监测数据的基础上,得出了基坑开挖及开挖完成后支护结构顶部水平位移、顶部沉降、深层水平位移(测斜)随时间变化的曲线,探索变形机理和发展趋势,同时提出了改善变形的几点建议。

关键词:基坑工程,变形监测,沉降,水平位移,测斜中图分类号:T U472 文献标识码:B 文章编号:1004-3152(2009)01-0026-031 引言近20年来,由于城市建筑物向高空和地下两个方向发展,深基坑工程获得了广泛的应用,然而我国深基坑工程事故也频频发生[1]。

大量事实说明,深基坑虽为临时性工程,但其重要性不容忽视。

进行信息化施工,实时监测已得到了业内人士的广泛认同[2~5]。

广州某深基坑工程,周边环境复杂,四周均为道路,其中一条为主干道。

有效控制基坑变形、防止基坑对周边建筑物和市政道路造成不良影响,意义重大。

本文结合该工程实例,重点分析开挖过程后期及开挖完成后2个月的变形成因及规律。

2 工程概况本工程位于广州增城新塘镇新塘大道北侧与新星路东侧交汇处,用地面积7332.9m2,拟建楼高14层,设置地下停车库2层,均为钢筋混凝土框架结构,拟采用桩基础。

局部地质条件复杂,基坑周边为市政道路,且基坑开挖较深(8.2m,局部为9.8m),基坑开挖深度范围内及坑底下卧地层分布有深厚的中砂层、全风化砂砾岩层等透水层,对基坑支护结构的帷幕止水效果要求较高。

基坑四周为正在使用的市政道路,须重点保护,其中南面新塘大道为主干道,因而对支护结构的变形要求高。

基坑周边建筑物如图1所示。

3 方案选择为节约施工空间,保护邻近构筑物和地下设施,减小基底回弹,利用支护结构进行地下水控制,需选择有效的支护方式[7]。

根据广州地区近年基坑支护工程的经验,该基坑已超过复合锚喷墙支护的一般基坑深度(保证基坑开挖安全和控制周边变形的基坑深度)。

故选定基坑支护方案为:基坑周边采用单排搅拌桩搭接咬合作止水帷幕止水、 钻孔灌注桩+锚索 结构支护型式。

其特点是可充分利用这种支护结构刚度大、挡土能力强、抗弯能力强、变形较小、止水效果好、工期短等优点。

对周围邻近的建筑物、道路和地下管线不致造成危害,能有效保证基坑开挖的安全。

共设置2排预应力锚索:3 7 5,4 7 5钢绞线,分别设置于冠梁和腰梁(基坑开挖深度1.5m及5.6m)处。

4 基坑监测4.1 基坑监测的目的与布设为确保基坑施工安全顺利进行,保护周边建筑物和市政道路,对施工进行24小时的系统监测,以及时掌握围护结构、周围土体的受力与变形情况,使基坑处于安全稳定的监控中。

(1)基坑顶部沉降监测(图1),共设置地表沉降观测点12个(C01~C12,基坑四边各3个);监测仪器:拓普康AT-G2型水准仪+测微器。

收稿日期:2008-04-28作者简介:陈娟,女,1984年生,汉族,湖北人,硕士,主要从事岩土工程、地下空间与工程等方向的研究。

图1 基坑监测点平面布置图(2)基坑支护结构顶部水平位移监测:观测点(W01~W12,基坑四边各3个);监测仪器:拓普康GT S-332N 型全站仪。

(3)基坑支护结构深层水平位移(测斜):深层土体位移监测孔8个(X1~X8,基坑四边各2个);监测仪器:CX-3C 测斜仪。

观测指标:预警值为连续三天位移速度达3mm/d 或地表位移量累计增加20mm;地面累计沉降超过基坑深度的1%;深层土体位移累计60mm 。

4.2 基坑监测结果的数据分析定期进行观测成果汇总并绘制沉降(S)~时间(t)、水平位移(L )~时间(t)关系曲线图、水平位移(L )~深度(H )~时间(t)关系展开曲线图;每三天对绘制图形及观测结果集中进行讨论,分析变形是否过大及是否趋于稳定,并确定是否需采取补救措施。

(1)基坑支护结构顶部沉降结果分析数据采集时间为2007年9月22日至2008年1月5日。

由图2可以看出,支护结构顶部沉降值并图2 顶部沉降(S)~时间(t)关系曲线不大,通常降水引起地下水位变化将产生较大的沉降,而施工过程中基坑内始终保持干燥,说明止水帷幕效果好,且有效地减少了沉降。

四条曲线形状相似,斜率相近,斜率变化点均位于28d~33d 处,沉降速率明显减小,即基坑开挖完成后沉降量虽继续加大,但变形趋于平缓,此后以稳定的速率发展。

开挖完成后变形并没有即时收敛,是因为从基坑开挖到开挖完成,乃至建筑物建成后,土压力一直随时间而变化。

在开挖完成后,由于底板没有及时浇注,暴露的时间将近2个月,在这段时间内土体的流变性表现比较明显。

由于土体流变是一个缓慢的过程,因此内力的增加也是一个缓慢的、持续的过程。

内力的增加将会导致变形的增加,故基坑开挖完成后应尽早浇注底板,进行地下室施工。

(2)基坑支护结构顶部水平位移结果分析支护结构的水平位移过大将会导致围护结构本身的破坏、失稳乃至对周围建筑物、市政设施以及地下管线的破坏。

因此,对水平位移的监测成为基坑工程的一个重要环节[8],在12个顶部水平监测点中选取6个,取基坑北侧及基坑西侧的顶部水平位移结果绘制时间位移曲线如图3,数据采集时间与上同。

由图可知,土体水平位移沿基坑周边的分布并不均匀。

随着基坑的开挖,基坑周围的土体产生较大的水平位移,在33d 后水平位移曲线变得比较平缓,说明开挖过程中土体受扰动大,开挖完成后,支护结构两侧受力趋于稳定,故位移缓慢稳定地增长。

但是随着时间的延长,变形速率呈上升态势,说明土27第1期 陈 娟等:深基坑变形监测实例分析体流变效应逐渐表现明显。

许多资料表明,支护结构的大变形均在底板浇注前,地下室底板浇注完成后变形一般趋于稳定,不再增长[9]。

根据流变学原理,开挖是土体卸载的过程,而土体蠕变的典型曲线,首先是瞬时弹性变形和瞬时塑性变形,开挖过程中的变形主要就是这两者的体现,然后处于粘性流动状态,反映为基坑变形的滞后效应。

如果应力足够大而使土体处于稳定蠕变阶段,那么变形将缓慢发展,而变形发展到一定阶段往往导致蠕变破坏。

所以应减少无支撑暴露的时间,加快底板浇注,防止因土体流变而产生过大的位移。

图3 顶部水平位移(S)~时间(t)关系曲线(3)基坑深层水平位移监测成果分析在基坑四周共设置测斜点8个,以2007年10月17日的位移值为初始零值,取监测点X 1。

由图4中曲线的走向可知,同一测点随着深度h 的增加,水平位移值l 逐渐减少。

土体的最大水平位移位置发生在地表附近1.5m 处,这是符合土体位移变化规律的,深度10m 处水平位移值最小,接近零值,表明该基坑变形的影响深度并不大,施工对邻近道路和建筑造成的影响较小。

整个曲线可分为3个阶段,深度0.5m 处至2m 处;2m 至4.5m 处;4.5m 至10m 处,说明两排锚索的布设极大地改善了支护结构左右两侧受力性状。

比较图4中各曲线可知,较大位移发生在2007图4 X1点深层水平位移~深度变化曲线年10月17~20日,最大位移发生在10月20~25日期间。

此后支护结构水平位移值较小,渐趋稳定,与上述两组监测结果吻合良好,表明深层水平位移也随着开挖的完成而渐趋收敛。

基坑内土体开挖完成后,支护结构内力的变化主要是由于土体的流变产生的,所以这段时间支护结构顶部水平位移也比较小。

5 结论及建议(1)基坑一旦开挖,支护结构的应力和变形都会不断变化。

实时监测掌握施工动态,分析变形指导后续施工,使其向有利的方向发展,非常重要。

(2)整个施工过程中,基坑内始终保持干燥状态,说明止水帷幕止水良好。

支护结构受地下水影响较少,对沉降量的控制起了很大的作用。

土体开挖对基坑支护结构变形有较大的影响,开挖过程中变形较大,开挖过程中及时支撑预应力锚杆能有效的控制变形。

(3)开挖完成后,基坑支护结构的各项变形均变缓,且以稳定的速率增长。

故在完成开挖后,应尽快完成后续工作,浇筑底板,以降低因土体蠕变造成的变形积累。

特别对于软土地区,土体流变效应明显,流变产生的位移可能是土体位移的主要部分,甚至可能导致蠕变破坏。

(4)在监测过程中,支护的沉降、位移量均控制在预定的范围内,表明基坑施工始终是安全、稳定的;邻近道路、建筑(构)物未发生实质性沉降。

参考文献[1] 史佩栋.深基础工程特殊技术问题[M ].北京:人民交通出版社,2004,6[2] Yu -Geng,T ang Gordon,T ung -Chin Ku ng.Application ofnonlin ear optim ization tech nique to b ack analyses of deep ex ca -vation[J ].COM PUT ERS AND GEOTECH NICS.Feb ruary,2007[3] 张豪,顾建生.市政工程基坑变形监测与数据分析[J ].浙江工业大学学报,2003,10,第31卷第5期[4] 王建军.基坑支护现场试验研究与数值分析[D].[学位论文]中国建筑科学研究院,2006.7[5] 李长山.深基坑的时空效应法施工[J ].土工基础.2006,12.第20卷第6期[6] 侍倩.高层建筑基础工程[M ].北京:化学工业出版社,2004.7[7] 李奋强.基坑土钉支护的数值模拟及其预报系统[D].[学位论文]中南大学,2005,6[8] 宋金辉.深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究[D].[学位论文]天津大学建筑工程学院,2006.7(下转第35页)28土 工 基 础 2009无 类桩,承载力均达到设计要求,受到了甲方、监理的好评。

(2)本工程施工难度大,工期紧,针对不同地质条件,优化选择泵吸反循环回转钻进和冲击钻相结合的成孔工艺,充分利用两种不同性质桩机的各自的优点,提高了工效,降低了施工成本,同时严格控制施工难点和关键技术措施。

实践证明,对保证桩基的质量取得了明显的效果。

(3)前期全面细致的地质勘察工作是桩基工程顺利进行的前提保证。

在复杂的岩溶地区进行桩基施工,应充分查明该地层的工程地质、水文地质条件,以便进行桩基施工前处理并为桩基施工方案的优化选择、工程的顺利实施奠定基础。

参考文献[1] 江正荣.建筑地基与基础施工手册[M ].北京:中国建筑工业出版社,2005[2] 林宗元.岩土工程治理手册[M ].北京:中国建筑工业出版社,2005[3] 北京土木建筑学会.地基与基础工程施工技术措施[M ].北京:经济科学出版社,2005Construction Techniques of Bored Cast -in -situ Pile at Karst AreaCH EN Fei 1,2,H UA NG Xiao qin 2(1.China U nivers ity of Geos cien ces,W uhan 430074;2.Jiangxi Geo -engineering Gen eral Corporation,Nan chang 330029,China)Abstract Co mbing with the bor ed cast -in -situ pile engineer ing in W uhan,its const ruction methods and constructio n machines are optimized accor ding to the character istics o f co mplicated g eolog ic conditio ns at lime -rock area,and the key methods o f tech -niques are int roduced in karst area.T hese ex per iences ar e valued to the const ruct ion of bor ed cast -in -situ pile in karst ar ea.Key words karst,bo red cast -in -situ pile,construction technique(上接第28页)Study of Deformation Monitoring on Deep ExcavationCH EN Juan,LI Xi bing,GU Kai y un(College of Resources and S afety Engineerin g,Central S ou th U nivers ity,Changsh a 410083,Ch ina)Abstract T aking a deep ex cavatio n situated in Guangzhou dow nto wn as the research backg ro und,data f rom the defo rmation monito ring o f support sy stems of it are analy zed,a ser ies o f displacement -time cur ves o f t he deep excavat ion a re obtained,then its defo rmation mechanism and dev elo pment tendency are discussed,finally so me sugg est ions to decr ease the deformat ion ar e giv en.Key words deep ex cav ation,defo rmatio n mo nitor ing,sett lement ,hor izontal displacement,inclination test ing35第1期 陈 飞等:岩溶地区钻孔灌注桩施工技术。