某深基坑工程施工过程监测与分析

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1、某深基坑工程施工过程监测与分析宗金辉;尹建芳;孙良涛 【摘要】 In this paper, a case study on excavation of deep foundation pit in Tianjin is proposed. A test section was established in construction site. Some elements such as bracing responses, lateral displacement of soils, column settlement and displacement of pipelines were i

2、nvestigated. Based on construction monitoring, data about environmental effect are obtained. This paper analyzes these data and also discusses in detail the characteristics of the influence on surroundings during excavation. The findings show that the design of the bracing structure is feasible and

3、meets the requirements of environment. It also provides a practical reference for the design and construction of similar projects.% 介绍了天津某 深基坑工程开挖实例及施工过程的监测情况.通过对开挖过程中的坑周土体水平位 移、支护结构顶部水平位移、立柱沉降以及周围管线等的现场施工监测数据的分析, 探讨了深基坑开挖过程对周围环境的影响，为考虑施工因素的深基坑设计提供了依 据，为今后类似工程的设计施工积累了经验.【期刊名称】河北农业大学学报 【年(卷)，期】2011(0

4、34)004 【总页数】5页(P99-103) 【关键词】深基坑;监测;水平位移;降水;立柱沉降;管线位移 【作者】宗金辉伊建芳;孙良涛【作者单位】河北工业大学土木工程学院，天津300401；河北省第四建筑工程公司, 河北石家庄050011;金地集团有限公司，广东深圳518048 【正文语种】中文【中图分类】TU463在基坑开挖和支护设计中,设计人员都是以土的物理力学性质、基坑支护设计理论 和经验来设计的。由于工程地质和施工条件的复杂性和不确定性以及计算方法、计 算参数的选取在不同地区不同单位各有不同，在某些问题上甚至还存在着一些模糊 不清的认识。因此，必须在施工的同时进行现场和周围环境的监测

5、。通过对实际监 测结果的分析、比较，可以验证计算方法和计算参数选取的可靠性，为完善设计理论 及今后的设计提供宝贵的资料1-3。本文拟通过对开挖过程中的坑周土体水平位移、支护结构顶部水平位移、立柱沉降 以及周围管线等的现场施工监测数据的分析，探讨深基坑开挖过程对周围环境的影 响，为考虑施工因素的深基坑设计提供依据。天津某深基坑工程，位于南开区东南角，拟建工程为一 “U”字型整体建筑，东西两侧 各为1栋12层商住楼,南侧为7栋12 13层商住楼，东南角为1栋25层饭店,整 个建筑由4 5层裙房连成整体。裙房采用框架结构，商住楼和25层饭店拟采用框 架剪力墙结构，均拟采用桩基础,地下设2层地下室。基

6、坑由南北2个大小不同的深 基坑组成，北边的小基坑直径约95 m,南边的大基坑直径约115 m,平均开挖深度为 设计标高以下约13.7 m,是天津地区开挖深度较深的基坑工程之一。基坑平面布置 如图1所示。本工程土质自地表向下4 m为填土，下有1 m厚强度较低的淤泥，淤泥下为5m厚 的粉土，粉土以下为粉质粘土层。开挖面位于粉质粘土层，土质较好。场地地下水静 止水位为-1.5 m,随季节有所变化,一般常年变幅在0.501.00 m。场地工程地质 概况及各层土主要物理力学指标见表1。本工程围护结构采用09001 000钢筋混凝土钻孔灌注桩围护墙加双排双头 6700500水泥土搅拌桩止水帷幕支护体系。混

7、凝土灌注桩顶在地表下3.65 m, 上部3.65 m范围内的土体由格构式水泥搅拌桩挡墙来挡土兼止水。由于本工程是 由2个大小不同的基坑组成，形状不规则，所以支撑结构采用大直径双环梁支撑体系。 共设2道相切的环梁支撑，梁高0.8 m,梁底分别位于地表下3.65 m和9.5 m,每一 层支撑采用环梁中间加对撑，角部加角撑布置形式。支撑放于立柱之上，立柱采用格 构式角钢,底部打入工程桩内，立柱在基坑开挖前打入。基坑支护体系及测点布置图 如图1、图2所示。为确保该深基坑工程的工程质量和施工安全,除了采取围护措施外，还应进行必要的 监测工作。根据监测数据，及时调整开挖速度及位置，防止因降水和土体位移过大

8、造 成周围环境的破坏2,4-5。监测的主要内容包括:(1)基坑周围土体水平位移监测;(2)支护结构顶部变形监测;(3) 基坑内外地下水监测;(4)立柱回弹与沉降监测;(5 )管线位移(沉降、水平位移)监测。(1) 深层土体水平位移监测。土体水平位移监测设备采用ZCX-2型土体测斜仪。测 斜管的布置见图1所示。共设13根测斜管，分成4排布置,每排各管连线垂直于基 坑边线。TK 1监测结果见图3所示。从图3中可以看出:位移随着开挖深度的增大而增大，各阶段水平位移与深度变化 规律有较大不同，开挖第1阶段,水平位移随深度变化曲线呈近似线性关系，此时环梁 支撑还未形成。第2、3阶段曲线变化规律近似呈弓形

9、”。土体位移沿基坑周边 的分布并不均匀。第1排测斜管(最左边1排)土体的位移明显要大于其他各排，其 中TK 1的最大位移值达到了 36.27 mm,而其他各排管的最大位移值均不超过12 mm。最大水平位移与坑深之比为0.26%,属于较低的水平。开挖对深层土体的影响深度约为1 2倍开挖深度;浇注完底板时,TK1 TK 3,TK5TK 10最大变形位置均在-10m左右，土体水平位移最大位置基本上在基坑开挖 面附近。 土体水平位移与其离基坑的距离有很大关系。TK 8TK 11测斜管土体水平位 移曲线见图4所示。从图中可以看出，随着离基坑边距离的增大，土体水平位移值减 小，但减小的幅度呈非线性关系。

10、土方开挖期间是土体位移增加的主要阶段，占了总位移量的83%。不容忽视的是, 在打设底板期间内土体的位移增大了 6 mm,约占全部位移量的17%。这段时间地 基的应力状态基本未发生变化，土体水平位移却有很大的增长这是由于土体的流变 产生的。由此可见,在软土地区施工由于土体流变效应明显流变产生的位移可能占土体总位 移的很大一部分,因此在基坑施工过程中，应该尽量减小无支撑暴露的时间，加快底板 浇注,防止因土体流变而产生过大的位移6。（2）支护结构顶部变形监测支护结构顶部变形监测仪器采用TOPCON GTS-311S电子全站仪,监测点布设在支 撑梁帽上，每10-15 m布设一个测点,测点布置如图1所示

11、。支护结构顶部变形随 时间变化曲线及最终水平位移曲线如图5、图6所示。从图5、图6中可以看出,随着基坑的开挖,支护结构水平位移逐渐增大，第2道支 撑浇注完成后趋于稳定。其中直径小的A区环梁变形幅度较直径大的B区环梁变 形幅度小，相对于B区环梁,A区环梁变形较平缓，各测点位移差值小。中间部位位 移较端部为大。就整个支护结构而言,A、B区环梁折线阳角处（支撑结构中部38测 点）位移最大（7mm）,而且方向指向B区。这是由于此处受力比较复杂，是应力集中 和最薄弱部位。由于B区环梁（测点30 33）产生向基坑外侧的位移，挤压周边土 体,使得坑侧土体水平位移明显小于A区周围土体,这和土体水平位移监测结果

12、基本 吻合，如A区TK 1测斜管（测点43附近）最大水平位移36.27 mm,而B区TK 8测 斜管（测点32附近）最大水平位移约为其25%。（3）基坑内外地下水监测图7表示的是基坑内外地下水水位时程曲线。在土方开挖之前，坑内就开始进行降 水。至9月15日，开挖至基底，进行场地平整浇注底板,地下水位降至-14.3-15.4 m之间，一直维持在基坑开挖面以下1.5 m左右，基本保证了开挖时坑内无积水。坑 外观测井水位基本在初始水位以下0.3m左右，说明降水期间坑外水位变化不大且 基本稳定，基坑止水帷幕效果较好。基坑内外水头差最大不超过15m,有利于基坑稳 定和施工作业。立柱回弹与沉降监测立柱沉降

13、或回弹量过大会使支撑体系失稳，因此其观测也非常重要。在影响立柱竖 向位移的所有因素中，基坑隆起和竖向荷载是两个最主要的方面。立柱沉降观测点 布置和隆起沉降曲线分别如图1、图8所示。从图8可以看出,在开挖初期，立柱垂直变位主要由于坑底隆起，呈上浮趋势且上浮 幅度不大,最大值5 mm。这主要是由于坑底隆起基本是在浅层，深层较小，由于立柱 和位于深层的桩连接在一起,抑制了立柱的上浮。但在8月10日以后,由于浇注 第2道环梁支撑和底板的需要，大量的模板、脚手架以及钢筋堆积在第1道环梁上, 使得立柱的竖向荷载突然增加，产生了较大的竖向沉降，由于大部分施工工具等放置 在中部的A、B区交界水平支撑处（测点1

14、3 -29）,此处沉降比较明显最大值14.7 mm。从9月27日开始浇注底板至11月18日底板基本浇注完成,立柱沉降基 本趋于稳定，沉降值在30 mm左右。（5）管线位移（沉降、水平位移）监测管线位移测点布置如图1所示,共布设20个测点，其中1、7、13、16为电力管 线,2、8、9、10、11、12 为煤气管线,4、6、14、15、17、18、19、20 为上 水管线,3、5为污水管线。各测点水平位移及沉降曲线分别如图9、10所示。从图9、10可以看出，随着基坑开挖深度的增大管线位移随之增大，位于支撑端部 附近的管线位移明显小于支撑中部附近的管线位移，这主要是由于支撑的架设减小 了围护结构的

15、水平位移，改善了支护结构的受力条件，从而使得基坑周围土体的水平 位移和沉降减小，相应的周围管线的位移也随之减小。管线水平位移曲线与支护结 构顶部水平位移曲线(图6)变化趋势基本一致。所以基坑开挖过程中及时架设支撑 是减小周围管线位移的有效方法。在底板浇注完成后，管线位移变化逐渐减小，此 时基坑开挖停止，坑内夕卜水位稳定，管线位移增量主要来源于坑周土体流变。距离 基坑约2 3倍基坑深度以外的管线(测点19、20)受基坑施工影响较小，说明基坑 开挖对距离基坑2 3倍坑深以外范围的土体影响不大。通过对天津某深基坑工程的现场监测，对施工过程中的土体水平位移、降水、立柱 沉降及管线位移等进行了对比分析，

16、得出以下结论：(1) 土方开挖使得基坑周围的土体产生较大的水平位移。位移随着开挖深度的增大 而增大，各阶段水平位移随深度变化规律有较大不同。开挖第1阶段，水平位移随深 度变化曲线呈近似线性关系，第2、3阶段曲线变化规律近似呈弓形” ；土体最大 位移位置基本上位于基坑开挖面附近;开挖对深层土体的影响深度约为1 2倍开挖 深度;对于软土地区，土体流变效应明显流变产生的位移占土体总位移的比重较大。因此，在基坑施工过程中，应尽量减小无支撑暴露的时间，加快底板浇注,防止因土体流 变而产生过大的位移。(2) 随着基坑的开挖,支护结构顶部水平位移逐渐增大;支护结构顶部水平位移以坑壁 中央最大,端部位移较小，

17、坑壁越长，位移值越大。在支护结构阳角处，由于受力复杂， 也产生较大的位移。(3) 基坑隆起和竖向荷载是立柱竖向位移产生的主要原因。在开挖初期，立柱垂直变 位主要由于坑底隆起,呈上浮趋势;坑底隆起基本是在浅层，深层较小，位于深层的桩会 抑制立柱的上浮;随着基础底板基本浇注完成，立柱沉降基本趋于稳定。(4) 管线位移随着基坑开挖深度的增大而增大，位于支撑端部附近的管线位移明显小 于支撑中部附近的管线位移;基坑开挖过程中及时架设支撑是减小周围管线位移的 有效方法;管线位移监测说明基坑开挖对周围土体的影响范围约为基坑深度的2 3倍。【相关文献】1 钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算M.北京:中国水利水电出

18、版社,2000.2 龚晓南.深基坑工程设计施工手册M.北京:中国建筑工业出版社,2001.3 陆培毅，顾晓鲁.天津港务局综合业务楼深基坑支护与监测J.岩土工程学报,1999,21(3):333-337.4 Andrew Jw hittle,Yousself M A Hashash.Analysis of deep excavation in BostonJ.Journal of Geotechnical Engineering,1993(19):69-87.5 A T C Goh,K SWong,C I Teh,D W en.Pile Response Ad jacent to Braced Excavation.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2003,129(4),383- 386.6 刘兴旺，吴世明.软土地区基坑开挖变形性状研究J.岩土工程学报,1999,21 (4):456-460.