复杂周边环境下深基坑开挖监测与变形特性分析

蒋兴祥，吴 勇，张向阳

（1.云南建投物流有限公司，云南 昆明 650501；2.云南省建筑科学研究院有限公司，云南 昆明 650223）

0 引言

随着我国城市升级改造，新建场地面临周边环境复杂、基坑开挖与支护技术难度大等问题［1-3］，地下空间的利用程度不断增大，尤其在一线城市中超大、超深基坑随处可见［4-6］。在建基坑周边已是高楼林立，深基坑的开挖必然造成应力分布变化，引起严重变形和开裂，甚至导致高层建筑倒塌。相邻深基坑相互影响也是十分明显，不同深度、不同时期开挖、不同支护形势等迫使基坑发生水平变形、竖向变形、深部水平位移［7-10］。如何才能快速有效地掌握深基坑变形特征和力学特征，当变形、应力达到预定的阀值时，进行预警工作，成为建筑工程界首要解决的问题之一［11-13］，进而控制周边高层建筑的变形量、避免道路塌陷、影响相邻深基坑支护，因此，变形速率预警值（监控值）是基坑工程安全监测重要的控制性技术。

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

拟建场地位于昆明市主城区北部，地块形状呈“L”形，现红线内除局部零星分布有简易砖房外，大部分为平地，场地标高在 1 902.64～1 904.32 m，地面高差平均约 1.68 m，地形较平缓。

根据开挖施工图，基坑为地下两层，用途为地下车库，深度约 10.0 m。占地面积约 22 894 m2，基坑周长约 800 m，覆盖红线内的大部地段，基坑边线距红线 6.0～8.0 m。东北边长约 246 m，距离永久性建筑物的距离约 21.5 m；东南边长约 52 m，距离小康大道约 3.2 m，小康大道人行道下分布有密集的城市地下管网；南面东部总长约 250 m，距离永久性建筑物最小距离约 15.0 m，且紧邻红线的区内道路下管网密集；南侧西部总长约 94 m，距离永久性建筑物约 10 m，区内道路下有密集的管网；西南侧总长约 100 m，距离市政道路约 3.5 m，且道路下分布有管线，红线内侧分布有高压线；西北侧总长 153 m，距离在建基坑约 7.0 m（见图 1）。

1.1 工程地质概况

基坑位于昆明沉积盆地北部边缘区域地质构造上，地形总体向南缓倾，地面坡降总体＜5 ‰，地势开阔。场地范围内以第四纪覆盖层为主，场地内原为种植水稻、蚕豆等的耕地，城市扩建后填土填平为待建城市建设用地，地基土划分为 3 个主层（人工活动层、冲洪积层和冲湖积层），土层参数详如表 1 所示。土层压缩性为中压缩性，属于Ⅱ类场地土，昆明地区的抗震设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度值为 0.20g。

层号 土层 层厚/m重度/（kN·m-3）浮重度/（kN·m-3）黏聚力/kPa内摩擦角/°1 杂填土 0.70 18.0 12.00 5.00 2 素填土 1.80 18.9 19.20 8.00 3 黏性土 3.50 19.5 9.5 28.07 13.37 4 粉砂 2.00 20.2 10.2 9.20 18.10 5 黏性土 2.20 19.6 9.6 28.10 14.00 6 圆砾 6.30 20.0 10.0 8.00 28.00

1.2 水文地质概况

区域水系均属金沙江水系，滇池流域，场地地表水体较发育，构成以滇池为中心的向心状水文网系统，场地内无河流、水塘等地表水体分布。地表水的补给以大气降水为主，部分为城市生活用水补给，由抽水试验，基坑的涌水量约为 4 344 m3/d。

1.3 基坑支护形式

基坑周边围护体采用双排桩+斜抛撑，单排装+锚索，上层采用放坡挂网喷浆+钢管土钉，灌注排桩采用长螺旋钻孔灌注桩和旋挖钻孔灌注桩两种形式，止水采用长螺旋水泥土置换桩及高压旋喷。

2 基坑监测方法和监测点布置

2.1 监测方法和内容

在基坑施工及使用期间（至回填），对基坑各项参数指标进行监测，掌握施工前后基坑变形情况及周边建筑竖向位移变化情况，通过对基坑及其周边建筑物的变形监测来反馈信息，及时地发现危及基坑支护安全及基坑周边建（构）筑物的隐患，并能够指导施工程序，充分体现科学的信息化施工（见表 2）。

1）围护墙（边坡）顶部竖向、水平位移监测。在基坑顶部土体埋设观测标志，通过观测各点的单次位移量、位移速率和累积位移量、位移速率变化，分析基坑的变形情况。

2）基坑深层水平位移监测。在支护外 2 m 处埋设测斜管，通过对基坑周边土体内部深层水平位移的监测，得以掌握支护内部的变形情况，发现潜在滑动面，为支护稳定性分析和判断提供依据。

序号 监测项目 方法、设备与型号 数量 精度 速率预警 累计值预警1 坡顶水平位移 视准线法、小角法，莱卡 TCR1201+ 型全站仪 77 ≤1.5 mm 2 mm/d 25 mm 2 坡顶竖向位移 DiNi12T 精密水准仪及铟钢尺 78 ≤0.3 mm 2 mm/d 10 mm 3 锚索内力 测力计、钢筋应力计、应变计 36 0.5 % F·S 承载力设计值的 70 %4 深层水平位移 测斜管 30 ≤0.25 mm/m 2 mm/d 45 mm

3）锚索内力监测。通过采用应力计、应变计和测力计测量锚索内力，掌握随着基坑的不断开挖后支撑结构的内力变化，进一步验证变形与内力的关系。

2.2 监测点布置

本次坡顶水平位移监测共布设 77 个监测点，编号分别为 C1～C28、C29-1～C39-2、D1～D27；坡顶竖向位移监测共布设 78 个监测点，编号为 C1～C29、C29-1～C39-2、D1～D27；基坑锚索内力监测共布设 36 个监测点，编号为 M1-M36；土体深层水平位移监测共布设 30 个监测孔，编号为 CX1-CX30，如图 2 所示。

图2 监测点布置图

3 监测结果分析与变形特性

本次基坑开挖监测自开挖至基坑填埋结束，监测时间长达 125 余天，本次监测采用每天固定时间读取 3 次数据，采用变化量的平均值作为当天有效记录值。贯穿基坑开挖、地下工程施工全过程，监测应力—变形为项目顺利完成基础工程提供了科学依据，更好地为控制周边建筑变形提供了理论数据。

3.1 坡顶水平位移

从坡顶水平位移累计位移量来看（见图 3），变化规律十分明显，当基坑开挖 20 d 至 4.0 m 时，基坑周边土体挤压都向基内收敛；当做完第一道内支撑，基坑向内收敛的变形得到明显改善，数值减小；当继续向下开挖基坑，土体卸荷不断加大，特别 C37-1 点，周边 11 层 32.2 m 的高楼影响，出现累计最大位移量为 24.00 mm，当基坑开挖 45 d 时，做完第二道内支撑，土体再次出现向基坑外侧的变形，由于不同的位置，结合监测数据，调整支护强度和施加的应力强度，变形得到了更好控制，但 C14、C21 点前期变化量较小，随后续持续增加，水平位移变化累计量接近预警值。

图3 坡顶水平位移累计位移量

3.2 坡顶竖向位移

如图 4 所示，本次根据布置的 78 个监测点，提取代表性的 16 个监测点绘制坡顶竖向位移累计沉降量图，整体来看，各点的沉降规律基本相似，竖向上的沉降量缓慢增加，但 C33-2 受周边高层影响变化明显加快和 D17 受相邻基坑开挖的相互作用下也加快沉降的速度。

图4 坡顶竖向位移累计沉降量

3.3 锚索内力

如图 5 所示，为基坑监测周边的锚索内力累计变化量图，从图上可以看出，当锚索安装后，不断受张拉应力的影响，数值不断增加，随着支护和第一道内支撑完成，应力逐渐变小，接近初始的预应力。开挖继续，这种平衡很快被打破，锚索内力再次受到张拉应力的影响，第二次的内支撑对锚索内力改善不明显。M16 接近主要交通道路和相邻基坑，受力明显。

图5 锚索内力累计变化量

3.4 深层水平位移

如图 6 所示，从图上监测的 15 点周边土体深层水平位移来看，变形曲线基本呈上升趋势，在第二次内支撑前，深层水平位移值的变化有明显增加较快，后期曲线缓慢收敛，最终未达到设定的预警值。

图6 周边土体深层水平位移

4 结论

本文对某大型深基坑进行现场监测，并对监测数据进行了分析和预警值设定，从变形特性研究得出以下结论。

1）基坑坡顶水平位移的累计位移量，得出基坑周边向坑内变形的位移量，特别是高层建筑和后期变形持续增加的监测点，对基坑开挖有较好的指导意义和内支撑设定提供依据。

2）基坑坡顶竖向位移累计沉降量整体趋势呈沉降量负增长，但高层建筑和相邻基坑的开挖加快沉降的速度。

3）锚索内力累计变化量随着开挖和内支撑作用不断变化，受力曲线图更一步验证了坡顶水平位移和坡顶竖向位移变形特征。

4）周边土体深层水平位移列举部分数据进行分析，变形曲线基本呈上升趋，后期曲线缓慢收敛，最终未达到设定的预警值。Q