昆明某深基坑工程开挖监测分析与变形特性研究

黄 跃，吴 勇，王 勇

（1.昆明市盘龙区建设工程质量安全监督站，云南昆明650041；2.云南省建筑科学研究院，云南昆明650223）

0 引 言

随着城市建设规模的不断扩大，开发利用地下空间成为一种趋势，且比例也在不断增大，尤其在一线城市超大深基坑随处可见。基坑开挖的深度在不断增加，如何才能快速有效地对深基坑进行监测成为建筑工程界亟待解决的问题之一［1-3］。

本文结合昆明某大型深基坑工程开展了现场监测工作，并对监测数据进行了分析和变形特性研究。

1 工程概况

昆明某拟建工程建筑结构形式为框架剪力墙，整体设有三层地下室。拟建场地位于昆明冲湖积盆地东部，其西侧紧邻稻香巷，南侧紧邻人民东路，场地地形平坦、开阔。其中±0.00标高为1894.80m，地下室底板顶标高为-13.7m，筏板厚1.0m，垫层厚度0.15m，基底标高为1879.95m；建筑物承台、筏板加深1.0mm，其底标高1878.95m。场地标高1893.58～1895.01m，最大相对高差1.43m，基坑开挖深度为13.85～14.50m，基坑开挖周长约372.0m。

1.1 工程地质概况

建场地位于昆明冲湖积盆地东部区域地质构造上，场地范围内主要为第四纪覆盖层，地基土划分为3个主层（人工活动层、冲洪积层和冲湖积层），10个亚层及10个透镜体深度范围内有杂填土、素填土、粉质黏土、有机质土、粉砂、圆砾、砾砂、粉土土层，主要土层压缩性为中压缩性，属于Ⅱ类场地土，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，如表1所示。

表1 土层参数

1.2 周边环境条件

基坑南侧为人民东路，道路宽25.0m，道路路沿石距离基坑垂直开挖线13.9m，路下共有10条管线，以给排水、供电、交通、通信为主；基坑西侧为稻香巷，道路宽7.0m，道路路沿石距离基坑垂直开挖线4.1～4.8m，路下共有4条管线，包括排水、燃气、通信，距离基坑开挖线13.0～19.0m为2～7层的东华稻香里组团；基坑东侧为昆河铁路，距离基坑垂直开挖线30.0m；基坑西北面为东华小学，距离基坑开挖线约30.0m，如图1所示。

1.3 支护结构设计

图1 基坑平面示意图

图2 基坑剖面示意图（单位：mm）

基坑支护方式采用“上部放坡+旋挖钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑”的支护体系，止水方案采用支护桩间增设三重管高压半圆旋喷桩止水帷幕+支护桩外加长螺旋深层搅拌桩连接成止水帷幕，如图2所示。工况1基坑开挖4.6m，工况2在4.1m处加第一道支撑，工况3基坑开挖至8.7m，工况4在8.2m处加第二道支撑，工况5基坑开挖至14.15m，工况6在14.15m处加刚性铰，工况7在9.2m处加刚性铰，工况8在8.2m处拆除第二道支撑，工况9在5.8m处加刚性铰，工况10在4.1m处拆除第一道支撑。

2 基坑监测内容

根据本工程基坑开挖深度，属大型深基坑工程，基坑周边环境较为复杂，根据规范［4-6］及支护设计要求，本基坑安全等级为一级，基坑监测等级为一级。基坑的监测项目及数量包括：①基坑支护桩顶水平位移监测共布设19个监测点；②基坑支护柱顶竖向位移监测共布设19个监测点；③基坑边坡顶水平位移监测共布设16个监测点；④基坑边坡顶竖向位移监测共布设16个监测点；⑤基坑内支撑立柱桩竖向位移监测共布设19个监测点；⑥基坑支护桩内力监测，每个支护桩内分3排共布置9个应力计；⑦基坑内支撑内力监测共布置28个监测点，每一组内置2个钢筋应力计；⑧基坑周边土体及桩身深层水平位移监测埋设12个测斜管进行监测；⑨基坑周边地下水位监测利用10个回灌井作为水位监测点；⑩基坑周边建筑、围护墙体侧向位移监测共布设35个监测点基坑周边道路、管道竖向位移监测道路竖向位移观测点布设19个、地下管线竖向位移监测点布设10个。在3倍基坑深度范围以外的固定点上布设基准点7个，基准点高程及坐标采用城市测绘控制点引用。

3 监测结果分析与变形特性

本次基坑监测于2014年4月1日开始至2016年2月23日截止，监测时间693天，贯穿于基坑工程和地下工程施工全过程。

3.1 支护桩顶、坡顶水平位移

如图3、4所示，分别为693天基坑支护桩顶和坡顶水平位移的累计位移量，两者的变化规矩较为相似，当基坑开挖至4.1m（2014年6月12日）时，开挖土体在卸荷的同时受坑外土体挤压，出现向基坑内侧的位移量，当施做完第一道内支撑，基坑出现向基坑外侧的变形（累计变形量出现负值），当继续向下开挖基坑，土体卸荷不断加大，出现累计最大位移量为26.3mm（2014年11月3日）和25.5mm（2014年11月17日），当施做完第二道内支撑，土体出现向基坑外侧的变形，且不断地累计，直至2015年6月10日完成基坑底板，后期基坑累计位移量整体趋于稳定。

图3 桩顶水平位移累计位移量

图4 坡顶水平位移累计位移量

由图3、4可知，水平位移随开挖支护时间的渐变过程采用多项式进行回归拟合：

支护桩顶水平位移：

坡顶水平位移：

式中，y 为水平位移累计位移量，x为开挖支护时间，E-14x6表示10的负14x6次方，E+06x2表示10的正06x2次方，其他以此类推。

3.2 支护桩顶、坡顶竖向位移

如图5、6所示，分别为693天基坑支护桩顶和坡顶竖向位移累计沉降量，两者的整体趋势呈沉降量负增长，这是由于基坑逆作法开挖，土体卸荷不断加大，支护结构和坡顶土体在主动土压力和被动土压力差的强力作用下产生了向上的压力，出现支护桩和土体向上移动的现象。当完成基坑底板，竖向位移累计量趋于平稳。

由图5、6可知，竖向位移随开挖支护时间的渐变过程采用多项式和对数进行回归拟合。

支护桩顶竖向位移：

坡顶竖向位移：

图5 桩顶竖向位移累计沉降量

图6 坡顶竖向位移累计沉降量

式中：y 为竖向位移累计沉降量，x 为开挖支护时间。

3.3 支护桩、内支撑内力

如图7、8所示，分别为351天支护桩内力累计变化量和377天内支撑内力累计变化量。从图7可以看出，支护桩内力变化呈“S”形，从开挖至施做第二层内支撑前（2014年11月4日）整体达到最大值，第二道内支撑施做完成后，支护桩压应力逐渐较小，2015年6月18日后慢慢趋于稳定值。图8为第一层内支撑内力累计变化量，整体呈现拉应力，局部出现受压情况，当底板浇筑完成后，无压应力出现。

图7 支护桩内力累计变化量

图8 内支撑内力累计变化量

由图7、8可知，竖向位移随开挖支护时间的渐变过程采用多项式进行回归拟合。

支护桩内力：

内支撑内力：

式中：y 为变化量累计值，x 为开挖支护时间。

3.4 周边土体及桩身深层水平位移

如图9、10所示，分别为474天周边土体深层水平位移和379天桩身深层水平位移，列举部分数据进行分析，变形曲线形态呈弓形，整个深层水平位移值的变化呈前期增长较快，后期曲线缓慢收敛，符合土体孔隙水压消散过程。

图9 周边土体深层水平位移

图10 桩身深层水平位移

4 结 论

本文对昆明某大型双内支撑、逆作法深基坑进行了现场检测，并对检测数据进行了分析和变形特性研究得出以下结论：

1）基坑支护桩顶和坡顶水平位移的累计位移量，先出现向基坑内侧的位移量，第一道内支撑完成后出现向基坑外侧的变形，第二道内支撑完成后向基坑外侧的变形不断地累计，完成基坑底板后累计位移量整体趋于稳定。

2）基坑支护桩顶和坡顶竖向位移累计沉降量整体趋势呈沉降量负增长，完成基坑底板后，位移累计量趋于平稳。

3）支护桩内力累计变化量和内支撑内力累计变化量变化呈“S”形，先增加后减小再增大的趋势，当底板浇筑完成后，无压应力出现。

4）周边土体深层水平位移和桩身深层水平位移，列举部分数据进行分析，变形曲线形态呈弓形，整个深层水平位移值的变化呈前期增长较快，后期曲线缓慢收敛。