基坑开挖支护结构与周边建筑变形监测分析

贾 媛

(山东省地震局，山东 济南 250102)

1 概述

如今随着城市的发展与建设，基坑工程往往处于建筑和其他地下工程密集的区域。基坑的设计也从传统的强度控制转变为变形控制，从而避免对周围环境的影响[1]。由于开挖卸荷、基坑降水等原因，基底产生隆起、支护结构向坑内倾斜变形，必然引起基坑四周地面与原有建筑物的沉降变形，故对周围环境的监测显得尤为重要[2,3]。

对于基坑开挖对周围环境影响的分析，国内外已有许多经验和成果。郑刚等[4]研究了天津某深基坑开挖规律，采用了数值模拟的方法，对横撑距离、支护结构刚度、约束条件等进行分析，研究不同情况支护结构的变形规律。刘国彬等[5]利用可靠度理论进行基坑支护结构受力及变形分析，并研究了土体变异性对结果的影响，提出支护结构受力及变形的预测方法。俞建霖等[6]利用有限元分析方法，对软土地区基坑开挖对地表沉降影响进行研究，分析了基坑被动加固区的深度和宽度变化对基坑变形的影响。本文以天津地铁某基坑为例，对其开挖过程中和结构施工阶段支护结构的桩顶位移、沉降、支撑轴力、周围建筑物沉降等进行监测，其结果希望对其他类似相关工程提供科学合理的借鉴。

2 工程概况

天津地铁6号线某基坑等级为二级，总长约60 m，隧道主体结构埋深约10 m，基坑开挖采用明挖法施工，与某建筑物-1层地下室连接。基坑采用SMW工法，桩φ800@600 mm，内插HN700×300×13×24型钢，隔一插一(二)布置，内支撑体系为两道钢管支撑(φ609，t=16 mm)加钢腰梁，如图1所示。场地地下潜

水水位埋深1.1 m～2.6 m。第一承压水含水层为 ⑧2粉土层，标高约为0.0 m～-0.5 m。

3 基坑监测方案

在基坑开挖施工过程中进行了安全监测，保证基坑及支护结构、邻近建筑物等周围环境的安全。监测内容有桩水平位移、桩顶沉降、支撑轴力、地下水位、地表沉降、周围建筑物沉降等。根据GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范[7]的规定，对支护结构的监测项目、布置、技术方法及频率如表1所示。监测点布置如图2所示。

表1 监测内容、方法和频率

根据基坑等级、支护结构设计要求及GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范的规定，参照地区经验，确定安全监测报警值，如表2所示。其中预警值定为报警值的80%。

表2 安全监测报警值

预警指标报警值桩顶沉降速率3 mm/d,累计20 mm桩顶水平位移速率3 mm/d,累计20 mm支撑轴力设计轴力的80%建筑物沉降速率3 mm/d,累计15 mm

4 监测数据分析

4.1 桩顶沉降

桩顶沉降监测是在围护体顶部圈梁施作完毕后，在设计位置打入沉降钉，使用电子水准仪进行观测。观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式必须进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。桩顶沉降曲线如图3所示。

从图3中可看出，在基坑土体开挖阶段，由于应力释放，低的基底发生回弹，导致支护结构有一定的上浮，最大值约为5 mm(其中上浮为“+”)，远小于设计允许值20 mm。而随着基坑垫层、底板、侧墙、顶板的施作以及土体回填等工作的继续，桩体围护结构与主体结构相互之间的应力得以加强，桩顶沉降则出现略微下沉并逐步趋于平缓、稳定。

4.2 桩顶水平位移

在支护结构顶部的测点处埋入光滑的凸球面的钢制测钉，采用全站仪进行观测。桩顶水平位移曲线如图4所示。与桩顶沉降原因相同，在基坑土体开挖阶段，由于应力释放，支撑结构有不同程度向基坑里侧偏移的现象。而随着钢管支撑的陆续架设，水平位移得到抑制。桩顶最大水平位移约为-25 mm(其中向基坑内为“-”)。当桩顶水平位移达到预警指标时，对变形较大部位及时采取了架设支撑、坑外土体卸荷措施，控制住了桩顶位移继续扩大的趋势。

4.3 支撑轴力

轴力计安装在钢支撑管与围护桩间，监测基坑施工过程中其支撑轴力的变化，第一道支撑的轴力变化曲线如图5所示。从图5中可看出，在施加第一道和第二道支撑期间，轴力基本稳定，在开挖至设计标高时，轴力达到最大值，约为250 kN。

4.4 建筑物沉降

在基坑开挖和施工降水过程中，常引起周围地面的下沉，从而造成建筑物的沉降变形，为此在基坑施工期间必须对基坑周围的建筑物进行监测。用高程观测的方法来了解被保护建筑物的沉降，从而了解其是否发生会引起倾斜或开裂的不均匀沉降。建筑物沉降曲线如图6所示。

从图6中可以看出，在施工期间，监测点中有的上浮有的下沉，但总体上建筑物体现为下沉的趋势。不过沉降最大均在±3 mm(“+”表示上浮，“-”表示下沉)左右，远小于设计允许值15 mm。在监测末期，建筑物沉降则基本趋于稳定，均在2 mm以内。

5 结语

基坑开挖信息化施工是近几年逐渐兴起和重视的课题，在基坑开挖过程中的监测，不仅可以验证设计方案、研究理论，更可以指导工程施工。本文以天津地铁某基坑为例，对其开挖过程中和结构施工阶段支护结构的桩顶位移、沉降、支撑轴力、周围建筑物沉降等进行监测。其结果表明，对于此工程，支护结构变形、周围建筑物沉降均在规范规定的范围之内。其结果希望对其他类似相关工程提供科学合理的借鉴。