桩锚支护体系下深基坑工程的变形监测分析

邓祖裕 张兆龙 梁笑寒

(1.调峰调频发电公司，广东 广州 510630;2.奥雅纳工程咨询(上海)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000)

随着城市建设的逐步发展，城市用地越来越紧张，因此，基坑的深度越挖越深，以满足或缓解用地的紧张，但是进而带来的是基坑支护难度的增加［1］。深基坑支护工程作为国家规定的、具有较大危险性的工程之一，施工技术复杂，施工不确定因素较多，安全隐患较多，风险性大［2，3］。考虑各种不利因素，应在基坑施工过程中建立安全监测预警系统。

本文以某深基坑工程为例，针对工程特点及实际情况，制定基坑安全施工监测方案。通过对其桩锚支护体系组成部分的锚杆轴力、支护结构的变形及周边建筑物沉降等进行施工全过程的动态监测，了解其变化规律及变形特性，及时反馈监测信息，安全施工。

1 工程概况

某项目共三栋建筑，均为高层建筑。其中，A楼建筑高度74 m，共15层，为框架—剪力墙结构;B，C楼分居A楼东西两旁，建筑高度均为38.8 m，共8层，为框架结构。三栋建筑共用连体的3层地下室，地下建筑面积约45 000 m2。基坑总面积约15 700 m2，支护总长度约567 m，开挖深度14.0 m～15.2 m。

基坑西侧紧靠城市市政道路，其下埋设有城市市政电缆、电信及排水管道等;南侧紧靠城市规划道路，该规划道路另一旁为某工业用房;东侧为他方建设空置地;北侧为该项目二期开发用地，可作为施工临时用地。

2 地质条件

拟建场地位于广州市番禺区，属于珠江三角洲冲积平原腹地，原始地貌为剥蚀残丘，经填土整平后整个地块总体上比较平坦。根据前期的工程地质详细勘察报告，基坑开挖范围内各土层的物理力学性能指标见表1。

表1 各土层物理力学性能指标

3 基坑支护设计

该基坑开挖深度为14.0 m～15.2 m，属于深基坑工程，考虑到支护结构变形过大会对基坑自身、周边建筑物、地下管线及地下室结构施工等影响较大，确定基坑安全设计等级为一级，取γ0=1.1。

综合考虑各种不利影响因素，结合基坑工程实际情况，确定本基坑支护采用东、南、西三侧旋挖钻孔灌注桩+预应力锚索结合放坡及北侧多级放坡+挂网喷锚的支护形式，南侧及北侧局部考虑到地下水较丰富，采用搅拌止水桩。支护桩直径800 mm，间距1 300 mm，桩间挂网喷锚(100 mm厚)止水;搅拌桩直径800 mm，间距600 mm。一桩一锚，设2道或3道锚索，锚索直径150 mm，采用4根φs15.2钢绞线，桩锚支护体系如图1所示。

图1 桩锚支护体系

4 基坑监测方案

4.1 基坑监测内容

为了能够在基坑开挖及地下室施工期间，准确地反映出桩锚支护体系、周边建筑物等变形发展情况，确保基坑及周边建筑物的安全，根据基坑开挖深度、支护结构特点及所处周边环境条件，并按照相关技术规程［4］，对该深基坑工程进行安全监测，建立预警预报系统。本基坑按一级基坑进行监测，主要监测项目和监测控制指标见表2，监测点布置如图2所示。

表2 监测项目和监测控制指标

4.2 基坑监测周期及频率

基坑监测从基坑土方开挖时开始至地下室回填至±0.000时结束，并进行全过程动态监测。各监测项在基坑施工前应测得稳定的初始值，且观测次数不应少于2次。一般基坑正常开挖期间，每2 d～3 d观测1次，当土方开挖至基坑底10 d内，每1 d观测1次。地下室施工期间，每3 d～5 d观测1次。

5 监测结果分析

图2 基坑监测布置图

考虑到基坑工程、地下室工程等施工过程长，监测点多，数据量大，限于篇幅，数据采集从第一次监测开始至垫层混凝土浇筑后一个月内。

5.1 周边建筑物沉降分析

图3 周边建筑物沉降变化曲线

由图3可以看出，0 d～10 d期间，该曲线呈近似水平状，说明此阶段基坑开挖施工对周边建筑物的影响很小;10 d～90 d期间内，曲线呈不断下降的趋势，说明此阶段随着土方开挖的不断加快，导致支护结构和基坑外侧土体变形增大，从而引起周边建筑物沉降加快，其累计最大沉降量已达到6.1 mm，但仍未超过累计报警值30 mm，说明周边建筑物沉降仍在安全可控范围内。从90 d后，随着土方开挖结束及垫层混凝土浇筑完成，该沉降曲线呈现出先缓慢上升后接近水平的趋势，说明此后周边建筑物的沉降慢慢趋于稳定。

5.2 桩顶水平位移分析

图4 水平位移变化曲线

从图4可以看出，0 d～10 d期间，位移曲线变化趋势不明显，近似水平，说明前期土方开挖对桩顶水平位移影响较小;10 d～100 d期间，位移曲线快速上升，说明随着土方开挖的不断进行，使得基坑外侧土压力不断释放，支护桩变形不断增大，从而导致桩顶水平位移不断变大;100 d以后，位移曲线变化开始逐渐变缓，接近水平，说明此后桩顶位移变化趋于稳定。总体上说，累计最大位移发生在WY10监测点，约为13.4 mm，未超过累计报警值30 mm，说明桩顶水平位移变形在安全可控范围内。

5.3 深层水平位移分析

从图5a)曲线可知，桩体侧向位移始终向基坑内侧发展，开挖前期，前后两条曲线变化明显，说明前期支护桩侧向变形增大明显，主要原因是土方开挖过大而基坑外侧土压力快速释放导致的。开挖后期，前后两条曲线变化不明显或基本趋于重合，说明后期桩体侧向变形慢慢趋于稳定。

图5 桩体变形曲线

图5b)为侧向位移最大时，CX1～CX4桩体侧向位移分布曲线。由图5b)可知，各支护桩侧向位移变化曲线大致相同，侧向位移沿着基坑深度逐渐减小，最大值基本都在桩顶冠梁附近处，而桩底位移接近于零，桩体变形类似于悬臂梁结构。所有支护桩累计最大侧向位移发生于CX3，为14.2 mm，约位于埋深0.5 m处，但未超过累计报警值30 mm，说明支护桩侧向变形在安全可控范围内，基坑稳定，安全可靠。

5.4 预应力锚索拉力分析

图6 第一排锚索拉力变化曲线

由图6可以看出，第一排预应力锚索锁定后，测得的锚索拉力较小，在外界条件变化不大的情况下是稳定的。而一段时间后，锚索拉力值突然增加，然后下降，最后慢慢趋于稳定，说明土方在开挖过程中，由于开挖的不连续性，使得支护结构与土体反复作用，导致锚索拉力不断变化。整个开挖过程中，第一道锚索最大拉力值为218 kN，发生在MS3处，未超过报警值，说明第一排锚索内力变化在安全可控范围内。

图7 第二排锚索拉力变化曲线

由图7可以看出，曲线刚开始变化不明显，说明第二排预应力锚索锁定后，土方开挖对其影响不大，锚索拉力变化较小。而之后曲线开始出现小幅变化，说明第二排锚索下部土体的反复开挖对锚索轴力有影响，但影响不大，后期曲线又渐渐趋于稳定。整体上说，第二排锚索轴力变化不剧烈，说明从张拉锁定直到垫层混凝土浇筑完成后，拉力值一直比较稳定。

6 结语

1)深基坑工程是一项综合性很强的系统工程，其施工过程既要保证自身的安全及稳定，又要减少对周边建筑物、地下管线等的影响，最终保证地下室工程顺利施工及土方回填，所以深基坑工程安全监测显得尤为重要。

2)通过对监测数据分析，表明在基坑开挖过程中，支护桩的桩顶水平位移、周边建筑物沉降等均呈现为开挖前期变化不明显、开挖中期快速增加、开挖后期趋于稳定的变化规律。

3)桩体侧向位移随着开挖的进行不断增大，但开挖后期又慢慢趋于稳定。侧向位移沿基坑深度分布基本类似于悬臂梁结构;锚索轴力在基坑开挖前期变化较大，之后逐渐趋于稳定。

4)通过对监测数据的分析，可以看出各监测项目累计最大变形值均未超过报警值，表明该深基坑工程桩锚支护设计方案是合理的，基坑稳定，安全可靠，基本满足了施工要求。

［1］许贵生，柳 茵.桩锚支护结构在深基坑中的应用分析［J］.山西建筑，2014，40(4):65-67.

［2］孙凤江，段 浩.深基坑监测的目的及项目和方法［J］.山西建筑，2010，36(27):116-118.

［3］王海飙，杨海旭，张 华.深基坑工程施工安全监测与预警［J］.建筑技术，2010，41(3):257-260.

［4］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.