富水区深基坑支护监测分析

郝顺 梁东 邢江鹏 王安明

摘 要：郑州某深基坑设计开挖深度为11.2m，因工程场地附近存在沟渠，地下水位埋深较浅，地下含水量丰富，对基坑开挖极为不利。因此，有必要对基坑围护结构的坡顶位移、深层水平位移等进行持续监测。结果表明，随着基坑每一段的开挖，坡顶位移与深层水平位移会发生骤然增大，地下水较丰富侧的位移量更为明显。随着支护体系的完备位移量逐渐得到控制，在开挖至基底后，位移趋于稳定。

关键词：深基坑;桩锚支护;高压旋喷桩;现场监测

中图分类号：U231.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）05-0106-03

Abstract： The design excavation depth of a deep foundation pit in Zhengzhou is 11.2m， due to the existence of trenches near the project site， the groundwater level is relatively shallow， and the underground water content is rich， which is extremely unfavorable to excavation of the foundation pit. Therefore， it is necessary to continuously monitor the slope top displacement and deep horizontal displacement of the foundation pit retaining structure. The results show that with the excavation of each section of the foundation pit， the displacement of the slope top and the horizontal displacement in the deep layer will suddenly increase， and the displacement of the richer side of the groundwater will become more obvious. As the complete displacement of the supporting system is gradually controlled， the displacement tends to stabilize after excavation to the base.

Keywords： deep foundation pit;pile-anchor support;high-pressure jet grouting pile;field monitoring

隨着现代化进程的推进，城市中心用地愈发紧张，地下空间的开发和利用已成为必然[1]。当前，地下空间工程朝规模大、开挖深度大、地质条件复杂的方向发展[2]，但同时易引起基坑结构发生大变形，引发安全事故。深基坑安全事故不仅包括基坑本身的支护结构破坏、变形失稳、坍塌、人员伤亡等直接事故，还包括其影响范围内所发生的邻近建筑物开裂倾斜、公用市政设施破坏等间接的意外事故[3]。所以，保障基坑安全的课题日益重要。考虑到实际施工中各种复杂因素的扰动，精准的基坑监测才是现场工程安全的保障。目前，虽常采用数值模拟和现场监测两种方法，但数值模拟方法在建立模型时的计算参数通常难以确定，模拟结果存在一定偏差[4]。因此，现场监测仍为保障基坑支护安全的主流选择。

1 工程概况

拟建建筑场地位于郑州市中牟县境内，主要由高层办公楼、酒店、高层公寓、商业楼以及两层地下室组成，根据现场条件及自然地面标高，基坑开挖深度为10.5～11.63 m。由于建筑场地位于开发区，所以周边较为空旷。距离基坑西侧10m处有两台变压器，距离基坑西侧和北侧开挖边线约10m位置有暗沟渠，南侧距离32 m处为某拟建主干道中心线。水位埋深为1.7～3.0 m，其补给来源主要为大气降水。本地近3～5年内最高水位为1.0 m左右（埋深），历史最高水位为0.5 m（埋深）。

2 支护设计

基坑设计总深度为11.2 m，坑底标高为-12.3 m，分为两部分开挖。设计标高-5.6 m以上部分采用坡度比1∶0.5放坡开挖，使用复合土钉墙支护，共设有三层土钉，标高5.6 m以下部分至坑底采用高压旋喷桩内插22 b型工字钢进行支护，并配置预应力锚杆锚固。高压旋喷桩具有良好的截水性，可作为止水帷幕，而工字钢具有良好的强度与刚度，二者结合可以形成具有良好支撑力与防渗功能的地下连续墙，大大提高了支护结构的承压能力与安全性。

3 施工监测

3.1 监测点布设

监测点布置如图1所示。

一是基坑顶部水平和竖向位移观测，在基坑周边共计布设19个测点，间距约为26 m，依据周边环境条件进行调整。二是围护体深层水平位移观测，在基坑周边选择位点布置测斜管，孔内埋设PVC测斜管，并延伸至地面上半米，共设置10个测斜管。

3.2 监测结果及分析

建筑场地视野空旷，但由于周边地下水位较高，且北侧与西侧存在水渠，渗透较为严重，加之土钉墙支护体系属于被动支护体系，在其施工与使用过程中对各种类型地下水的影响较为敏感[5]，所以基坑北侧与西侧的监测便尤为重要。本文将重点以北侧与西侧支护段监测结果为分析对象。

3.2.1 基坑顶部水平位移。如图2所示，基坑顶部水平位移集中在2015年4月初期，此时高压旋喷桩布置完毕，基坑开始二阶段开挖。在开挖至9 m深度时，由于尚未配置锚杆，支护对土体的约束主要用高压旋喷桩与上部分的土钉墙承担，此时的旋喷桩为单支点支护结构，依靠上端的冠梁与底部的嵌固端来平衡土体带来的侧压力。但是，地下潜水的渗透作用较为严重，对土体参数影响较大，同时土中水的重力作用和渗透力增加了不稳定土体的下滑力，加大了边坡的支护荷载等一系列影响[6]，导致坡顶在较短时间内产生较大的位移。从图2可知，产生水平位移最大的三个监测点均位于基坑北侧与西侧，且水平位移超过10 mm的监测点也均位于基坑北侧与西侧，最大值点位于B17，位移量为66.5 mm，已大大超过报警值。由于位移过大，原先设计的锚杆变更为锚索，且预应力增加至80 kN。在后续的监测中，水平位移并未再发生较大波动。由此可以看出，桩锚支护仍然发挥了良好的功效。这表明，沟渠带来的地下水渗透对支护影响明显。在锚索配置之后，支护桩逐渐变为多支点支护结构，锚索的主动约束作用大大增强了下部支护的稳定性，同时提高了支护桩对土体的抵推作用，支护逐渐趋于稳定，监测数据未再发生大范围变化。

3.2.2 深层水平位移。基坑周围共设置10个测斜孔，北侧两个，西侧三个，测斜孔埋置于桩锚支护的冠梁上方，监测深度为8 m。下面从中选取1号、8号测斜孔数据进行分析。1号测斜孔位于基坑北侧，详细数据如图3所示。随着开挖的进行，开挖段的深层水平位移有明显增加，未开挖段的位移量较小。由图3可以看出，4月2日的位移量有较大变化，这是因为采用桩锚支护部分的土体初步开挖而冠梁尚未设置，上半部分土体的荷载对支护桩影响较大。此时，支护桩相当于悬臂梁受力结构，对上部土压力的抵抗较为薄弱。随着锚索与面层的配置，支护体系得到锚固力补足，深层水平位移变化趋势渐缓，5月22日又一次较大程度的开挖，出现了明显位移，此后位移变化平稳。7～8 m监测段靠近主动土压力与被动土压力的净土压力零点位置，故位移趋于0。最大位移为深度1 m处，位移为13.3 mm，并未超过报警值（累计位移40 mm）。

基坑西侧8#监测点处临近沟渠，存在较为丰富的地下水，对支护体系影响较大。由图4可以看出，4月4日，初步开挖期间便出现了超过报警值的位移量，最大位移量为85.65 mm，位于深度1 m处。此后，位移的增速并未减缓，直到4月29日达到最大位移量的221.85 mm，日均位移量超过4 mm/d。此时采取了一定安全措施，深层水平位移略有收缩，最大位移量收缩为185.6 mm，位于深度2 m处。此后，位移增速明显收敛，自5月2日至10月20日，日均位移量小于0.1 mm/d，表明位移已得到控制。随着基坑开挖至基底，支护施工完毕后，深层水平位移有“两头小，中间大”的趋势，逐渐发展为“鼓腹状”[7]，且由于上部土体的影响，最大位移点较为偏向上方。

4 结论

本文通过对郑州某深基坑监测数据进行分析，得出以下结论。土钉墙支护体系属于被动柔性支护体系，在其施工与使用过程中对各种类型地下水的影响较为敏感。例如，对各类型地下水不进行有效的控制，将对边坡支护的整体稳定性形成极大的隐患。深层水平位移随着基坑的开挖整体呈现增长态势，但不同深度的位移增加并不呈线性变化。在支护完全施工完毕后，深层水平位移最终发展为“两端小，中间大”的形状。高压旋喷桩有较好的截水、止水性能，工字钢则具有较高的强度和刚度，将两者相结合形成的基坑支护结构形式，对于具有类似工程地质及水文地质条件的基坑支护工程具有参考价值。

参考文献：

[1]刘国栋，王卫兵.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]徐杨青，程琳.基坑监测数据分析处理及预測预警系统研究[J].岩土工程学报，2014（1）：219-224.

[3]王树和，郑政，张举兵，等.土钉墙支护基坑对邻近地下管线的影响[J].水利与建筑工程学报，2015（6）：19-24.

[4]陈泰霖，潘向丽，王安明，等.郑州某深基坑工程监测与分析[J].华北水利水电学院学报，2008（5）：76-78.

[5]位俊俊，张利伟，孔德志.基坑渗流稳定分析[J].水利与建筑工程学报，2012（3）：79-82.

[6]王洋，汤连生，杜赢中.地下水渗流对基坑支护结构上水土压力的影响分析[J].中山大学学报（自然科学版），2003（2）：107-110.

[7]黄志全，李宣，王安明，等.郑州市某建筑深基坑监测[J].华北水利水电大学学报（自然科学版），2014（1）：51-55.