天水市某深基坑支护设计与监测分析

张 宇

(建材天水地质工程勘察院有限公司，甘肃 天水 741000)

0 引言

随着城市基础设施建设的不断发展，地下空间的开发利用也不断向深部发展，相应的基坑开挖的规模与深度愈来愈大，复杂程度不断增加，基坑工程的安全事故也时有发生[1-3]。依据具体的基坑支护条件选择合理的基坑支护方案有利于降低基坑开挖的风险，对保证基坑工程的安全尤为重要[4-5]。为确保在基坑开挖与地下结构施工过程中基坑及周边环境的安全，加强基坑工程的现场监测是重要的保障措施[6-7]。同时，通过对现场监测数据的实时分析，反馈基坑设计与施工状况，有利于基坑信息化施工的实现[8]。本文以天水市某深基坑为例，根据基坑工程的工程地质、水文地质及周边环境等条件选择合适的基坑支护方案，并在基坑开挖过程中对该基坑实施现场监测，对监测数据进行实时分析，反馈基坑开挖过程的设计与施工情况，以确保基坑开挖与地下工程施工的安全，对天水地区类似的基坑工程设计与监测具有一定的参考价值。

1 工程概况

拟建工程项目深基坑位于天水市秦州区，基坑呈矩形布置，长约40 m，宽约30 m，地上20层，地下2层。基坑开挖深度最深约13.7 m，基坑坑壁的安全等级为一级。

1.1 工程地质条件

根据该项目的岩土工程详勘报告，基坑工程场地在勘察深度范围内的地层自上而下依次为以下5层。

杂填土：湿润，松散不均匀，以粉质黏土为主且分布整个场地，含砖、石瓦块、碳渣及旧建筑物基础等，属于近期人工填土。层底标高一般为1 146.02～1 147.24 m，厚度5.00～6.00 m。

粉质黏土：可塑，切面较光滑且稍微有光泽，黄褐—黑褐色，不均匀且偶有碳渣，局部粉土颗粒含量高。层底标高一般为1 140.63～1 144.17 m，该层厚2.50～5.90 m，层底埋深8.50～11.40 m。

粉土：湿润，中等密实但干强度低，切面平整且无光泽，暗黄色，局部含有黏粒与细砂。该层厚1.60～3.60 m，层底埋深11.00～13.00 m，层底标高一般为1 139.03～1 142.32 m。

圆砾：中等密实，骨架的主要颗粒成分为变质岩碎屑与石英石，骨架间以密实砂土充填，杂色，分选差但级配较好。层厚1.50～3.50 m，层底埋深14.10～14.60 m，层底标高一般为1 137.48～1 138.27 m。

泥岩：第三系陆源碎屑沉积且裂隙发育，红褐色。控制厚度6.80～11.20 m。

前述各地层岩土体的物理力学性质见表1。

表1 岩土体物理力学性质参数表

1.2 水文地质条件

场地内的地下水为潜水，圆砾层为潜水含水层，静止水位埋深12.30～12.80 m。地下水补给来源分别为藉河的河水与大气的降水，流向自西向东，水位常年变化幅度大约为1.5 m。

2 基坑支护方案

2.1 支护方案的选择

基坑工程的特点非常复杂。

1)基坑离周边建(构)筑物距离很近。西段：24F华府豪庭公馆，距离基坑约10 m，1层地下室；北段：岷山路，距离开挖红线约3.5 m；南段：6F工行家属楼，距离基坑约14 m；院内铺设自来水管线及下水管道；东段：23F华宸大酒店，距离基坑约10 m，1层地下室。

2)基坑开挖深度较深，最深约13.7 m，且开挖深度范围内杂填土厚度5.00～6.00 m，厚度较大。

3)地下水虽然埋深较深，但补给来源于藉河，所以地下水补给丰富，且基坑坑底离圆砾层的距离小，其渗透系数大。

可以看出，基坑开挖深度范围内杂填土厚度很厚，达到5.00～6.00 m，且周边建(构)筑物距离基坑很近，环境复杂，为确保基坑及周边建筑物的安全，基坑拟采用排桩+预应力锚索支护。由于地下水补给丰富且圆砾层渗透系数大，若采用降水处理，不但难以实施，而且会导致地下水的浪费，故选择高压旋喷桩咬合支护桩止水。

2.2 支护方案设计

对基坑各支护面设计了具体的支护方案。

1)基坑北侧(1-1支护面)：北侧开挖深度13.7 m，顶部1 m放坡，采用挂网喷砼支护，下部采用排桩+三道预应力锚索支护，锚索位置分别设置在地面以下3.5 m、6 m、8.5 m，支护桩桩径900 mm，桩间距1 400 mm，桩长23 m，如图1所示。

图1 基坑北侧(1-1支护面)支护剖面图

2)基坑东侧(2-2支护面)：东侧开挖深度13.7 m，顶部1 m放坡，采用挂网喷砼支护，下部采用排桩+三道预应力锚索支护，锚索位置分别设置在地面以下6 m、8.5 m、11 m，支护桩桩径900 mm，桩间距1 400 mm，桩长23 m，如图2所示。

3)基坑南侧(3-3支护面)：南侧开挖深度13.7 m，其支护结构与北侧1-1支护面一致。

4)基坑西侧(3-3支护面)：西侧开挖深度13.7 m，其支护结构与东侧2-2支护面一致。

冠梁的截面尺寸为900 mm×500 mm，混凝土等级为C30，在支护桩的桩顶通长设置。支护桩之间的桩间土采用挂网喷混凝土处理，钢筋网的尺寸为φ6.5@250×250。

基坑地下水处理采用坑外止水与坑内疏干的方式，坑外采用高压旋喷桩与支护桩相互咬合形成的止水帷幕止水，旋喷桩的直径为800 mm，在两根支护桩之间采用局部旋喷，旋喷深度在基坑下8～15 m范围内，如图3所示。坑内疏干采用井点降水，止水帷幕内侧应设置8口降水井，孔口标高1 151.28 m，孔深17.58 m，孔径600 mm，管井直径300 mm。沿基坑内侧布置。基坑四周先施工排桩及高压旋喷桩，后打设降水井。

图2 基坑东侧(2-2支护面)支护剖面图

基坑支护现场照片如图4所示。

3 监测方案

3.1 监测目的

通过监测基坑围护体系的变形和受力情况，结合现场施工情况，总结其变化规律，及时掌握围护墙体与周边建(构)筑物的变形情况，并以此分析判断基坑支护结构的安全性与稳定性，从而保障基坑始终处于安全运行的状态。同时通过对监测数据的整理、分析，判断开挖施工是否符合设计预期，并实现对下阶段施工工艺的选择和施工进度的控制，为施工信息化提供数据支持。

3.2 监测范围与内容

依据建筑基坑工程监测技术标准[9]，结合该基坑及周边建(构)筑物分布特征，设定监测内容为基坑围护结构的位移、沉降，以及相对基坑深度3倍范围内的建(构)筑物、道路、地下管线等的沉降、位移、裂缝。具体监测项目见表2。基坑监测平面布置如图5所示。

图3 基坑东侧2-2剖面支护立面图

图4 基坑现场开挖照片

表2 基坑监测项目与数量

图5 基坑监测点平面布置图

3.3 监测频率、精度与预警值

3.3.1 监测频率

基坑围护结构监测频率见表3。

表3 监测频率表

3.3.2 监测精度

按表4根据其水平位移报警值确定基坑围护墙顶部、邻近建筑水平位移监测精度。

按表5根据其竖向位移报警值确定围护墙顶部、基坑周边地表和邻近建筑的竖向位移监测精度。

3.3.3 监测预警值

对该基坑等级、支护结构及周边环境条件进行监测，该基坑及支护结构监测报警值见表5，周边环境监测报警值见表6。

表4 水平位移监测精度要求

表5 竖向位移监测精度要求

表6 基坑及支护结构监测报警值

4 监测结果与分析

4.1 围护结构顶部水平位移及分析

围护结构顶部各测点的累积水平位移如图6所示。从图6中可以看出，围护结构顶部各观测点的累积位移均<10 mm，远小于建筑基坑工程监测技术标准要求的绝对值20～30 mm与控制值27.4～41.1 mm((0.2%～0.3%)H)，其中北侧观测点JC12的累计位移最大，达到9 mm。位移变形速率最大为1 mm/d，小于标准要求的预警值2～3 mm/d。从变形趋势来看，基坑开挖到底一段时间后，其变形基本趋于稳定。

4.2 围护结构顶部竖向位移及分析

围护结构顶部各测点的累积竖向位移如图7所示。从图7中可以看出，围护结构顶部各观测点的累积位移均<2 mm，远小于建筑基坑工程监测技术标准要求的绝对值10～20 mm与控制值13.7～27.4 mm((0.1%～0.2%)H)，其中北侧观测点JC11与JC12的累计位移最大，分别达到1.9 mm与1.8 mm。位移变形速率最大为0.1 mm/d，远小于标准要求的预警值2～3 mm/d。

图6 基坑围护结构顶部各测点的累积水平位移

图7 基坑围护结构顶部各测点的竖向位移

4.3 深层水平位移及分析

北侧1-1剖面的围护结构深层水平位移如图8所示。从图8中可以看出，深层水平位移最大的位置在桩顶，实测位移值为9.2 mm，远小于建筑基坑工程监测技术标准要求的绝对值30～50 mm与控制值41.1～54.8 mm((0.3%～0.4%)H)，而模拟值最大值为24.93 mm，位于桩顶位置，比实测值大，但变化趋势一致。监测过程中位移变形速率最大为0.2 mm/d，小于标准要求的预警值2～3 mm/d。其他剖面的位移变化趋势与北侧基本一致，且变形也在标准允许的范围内。

4.4 周边建筑物沉降及分析

周边建筑物各测点沉降如图9所示。从图9中可以看出，周边建筑物各观测点的累积位移均<2 mm，远小于建筑物地基变形允许值，其中西侧建筑物观测点JC7～JC10的累计沉降较大，最大沉降1.8 mm在观测点JC8。位移变形速率最大为0.1 mm/d，远小于标准要求的预警值2～3 mm/d。

综合前述结构自身与周边建筑物监测结果进行分析，基坑开挖与地下工程施工期间，围护结构自身的位移、周边建筑物的沉降及变形速率均在标准允许的控制范围内，说明基坑所采取的排桩+锚索支护设计方案及高压旋喷桩与支护桩相互咬合的止水方案合理可行，支护结构确保了基坑及其周边建(构)筑物的安全与稳定。

(a)实测值(CX-1测点)

(b)模拟值

图9 周边建筑物各测点沉降

5 结语

1)考虑基坑周边的复杂环境，结合基坑开挖深度、工程地质与水文地质条件，基坑采取排桩+3道预应力锚索的设计方案及高压旋喷桩与支护桩相互咬合的止水方案。

2)通过对围护结构顶部水平位移、竖向位移与深层水平位移，以及周边建筑物的沉降进行监测，监测结果显示围护结构自身的位移、周边建筑物的沉降及变形速率均在标准允许的控制范围内，证明基坑工程所采取的支护设计方案合理可行，支护结构确保了基坑及其周边建(构)筑物的安全与稳定。