软土地质深大基坑变形的监测规律研究

俞建强 张 旭 金在保

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

随着城市的发展，在城市核心区的新建建筑中超高超深的结构越来越多，基坑的规模和开挖深度也不断增加，基坑常出现在环境敏感和复杂的区域，周边的地铁、轨道交通、地下管线等对其影响极其显著。

目前国内的学者对深基坑的监测做过很多分析研究，赵林杰等[1]以工程实例为背景，从测点布置、测点保护与补救、现场测试和数据修正与分析等4个方面对深基坑测斜工作全过程进行系统性的技术总结，蔡干序[2]针对基坑监测工程中的测距、起算点及位移方向等问题，对测斜技术进行了探讨，张尚根等[3]通过对20个软土深基坑监测数据的分析，研究了支护结构侧移、基坑地表沉降及两者的关系，徐中华等[4]对上海银行大厦深基坑工程施工阶段支撑轴力、地下连续墙水平位移、立柱桩的沉降等进行了监测，并对基坑的实测数据作了分析，验证了基坑的设计是成功的。

此外，国内很多机构和学者对基坑变形规律也进行了分析和研究。

本文以上海嘉兴路139地块工程为例，对基坑开挖过程中的环境进行监测，分析了围护墙水平位移、立柱隆沉和支撑轴力等规律，通过对基坑的监测数据进行跟踪和分析，保证了施工过程中基坑与周边环境的安全。

1 工程概况

嘉兴路街道139街坊商办综合开发项目位于上海市虹口区，场地北侧为岳州路，西侧为舟山路，东侧为安国路，南侧为周家嘴路。该地块在建商业、办公综合体，总建筑面积为89 351 m2，基坑开挖面积约10 691 m2，项目用地面积13 671 m2，基坑开挖深度约20.8 m。

本工程周边环境复杂，基坑北侧为紫虹嘉苑小区，距离基坑19.7～ 21.8 m；西侧为老式砖混住宅及老厂房，距基坑约19.8 m；东侧为虹叶茗苑小区，距基坑约32.69 m；南侧为周家嘴路900弄小区。北侧隔岳州路为运营中的轨道交通4号线区间隧道，在基坑50 m保护线以外；周边道路下埋设有大量的市政管线。

2 基坑变形类型及影响因素

本工程的基坑开挖坚持“分层、分区、尽早形成支撑或底板、留土护壁、盆式开挖”的挖土原则；基坑共分5层开挖，第1～4层皆挖至支撑底，第5层挖至基坑底；第1层土方采用大开挖方式，由场地中间向东西2个方向退挖；第2～4层土方采用盆式开挖（图1），即盆中土分2个阶段、3块挖土，盆边土分3个阶段、12块挖土；第5层土按基础底板抗震缝及后浇带分块开挖（图2）。

本工程基坑内设置4道钢筋混凝土水平支撑系统，围檩及支撑栈桥混凝土强度等级为C30，第1～4道钢筋混凝土支撑中心标高分别为：－1.70、－7.20、－12.30、－17.20 m。基坑中设有φ700 mm（800 mm）钻孔灌注桩作为立柱桩，用以支撑混凝土支撑与栈桥。

2.1 围护结构变形

围护结构体侧向位移，是引起周围建筑物、道路、地下管线变形的一个主要原因。通过对围护结构侧向位移监测，可以掌握围护结构的整体稳定与安全。根据设计单位出具的监测点布置图，围护体顶部位移测点与围护深层水平位移测孔成对布设，布置测斜孔34个，编号CX1～CX34（图3）。

图1 第2～4层挖土分块示意

图2 第5层土开挖分块示意

图3 围护结构水平位移监测点布置

由各施工阶段围护墙体水平位移（图4）可见，采用分块开挖的方式，当开挖到相应区块时，墙体的位移变化较敏感。由于第1层土开挖深度较浅，因而对围护墙水平位移总体影响较小，墙体水平位移的变化趋势随着开挖深度的增加而变大，且均向基坑内侧位移，当开挖至基坑底部时，围护墙的位移达到最大，开挖深度以下的水平位移随着深度的增加呈现减小的趋势。

CX7和CX11测点位于基坑南侧长边中间部位，空间效应明显，故水平位移最大，最大位移为83 mm，与开挖深度的相对值为0.4%。测点CX13位于基坑的西南角点，在同一层土中最后开挖，空间拱效应较明显，故该点的水平位移较小，其水平位移为53 mm，与开挖深度相对值比为0.25%。CX27测点位于基坑北侧的中部，受到开挖空间效应的影响也较大，其最大水平位移为66 mm，与开挖深度相对值比为0.317%。测点CX29和CX33均位于基坑的东北侧，且CX33点位于东北侧的短边上，受空间效应的影响较小，测点CX29的水平位移为72 mm，与开挖深度相对值比为0.35%，CX33的水平位移为69 mm，与开挖深度相对值比为0.33%。监测结果表明，围护结构的水平位移会受到基坑开挖时间和空间效应的影响。

对所有监测点而言，最大水平位移点的位置随着开挖深度的增加而逐渐下移，一般出现在开挖面以上0.6 m左右。各测点的位移增量主要发生在底板开挖阶段，原因是底板开挖的深度较深且工期较长，各种荷载也在增加，使得该施工阶段的位移增量较大。

图4 围护结构水平位移变形

2.2 坑底隆起变形监测

地基土大面积开挖后，由于地基土自重应力的卸除，使地基土回弹隆起，引起地基土结构产生破坏，以致对主体建筑物以及邻近建筑物造成一定影响。为保证基础设计的可靠和保护邻近建筑的安全，对基坑底面的回弹变形进行监测（图5）。

从基坑立柱位移曲线（图6、图7）中可以看出，最大的隆起点为LZ4点，位于基坑的中部，最大的位移为43 mm，位移最小的地方出现在LZ6、LZ7、LZ15和LZ20点。数据表明，随着开挖深度的增加，坑底的隆起变形不断地增大，且第1层土开挖时，由于土体的突然卸载，立柱的隆起变形较大，随着挖深的加大，曲线逐渐趋于平缓，在开挖的同一层土中，先期开挖部分的隆起也明显高于后开挖部分，LZ4点因位于中间部位，立柱临空面大，受到的约束较弱，因而隆起较大，LZ6、LZ7、LZ15和LZ20因位于角部，且开挖较晚，受到的空间效应影响较小，所以基坑隆起较小。

图5 立柱桩监测点布置示意

图6 基坑北侧立柱垂直位移

图7 基坑南侧立柱垂直位移

2.3 支撑轴力

为监控基坑开挖过程中支撑体系的受力状态，选取支撑监测断面主要分布于有可能出现应力集中的杆件，布置若干应力传感器，将压弯构件简化为轴心受压构件，根据平截面假定，测量计算支撑轴向受力（图8）。

图8 支撑轴力监测点布置示意

从支撑轴力的变化（图9～图12）可以看出，第1道支撑的轴力在第1层土开挖、第2道支撑的轴力在第2层土开挖、第3道支撑的轴力在第3层土开挖、第4道支撑的轴力在第4层土开挖时迅速增加，随着后续土层的开挖，其变化逐渐趋于平缓。各道支撑的最大轴力分别为4 900、8 800、10 500、11 000 kN，第1～4道支撑的报警值分别为5 000、10 000、12 000、12 000 kN，各道支撑的轴力均未超过报警值。随着基坑的开挖，由于支撑受到更大的形变压力，因而随着深度的增加，支撑的轴力也逐渐增大。

图9 第1道支撑轴力

图10 第2道支撑轴力

图11 第3道支撑轴力

图12 第4道支撑轴力

3 结语

通过分析背景项目的监测数据，得出了如下的结论：

1）基坑施工引起的围护结构及坑底的位移具有明显的空间效应：开挖面中部的位移较大，角部的位移较小。

2）基坑施工引起的围护结构位移、坑底的位移、支撑轴力具有明显的时间效应，同一层土先期开挖部分的变形和轴力较大，不同层土暴露时间越长，变形和轴力越大。

3）支撑轴力在支撑相对应的土层开挖时急剧增加，随着后续的开挖，轴力的变化趋缓，而由于支撑受到更大的形变压力，因而随着深度增加，支撑的轴力也逐渐增大。