福州地区某深基坑工程变形监测及分析

李 飞

（福建省建筑科学研究院有限责任公司,福建 福州 350108）

随着我国经济的发展、科学技术的不断创新，深基坑工程迅猛发展，但同时深基坑工程问题也日益增多，如基坑失稳坍塌、基坑变形沉降和引发周边环境破坏等[1]。为了能够确保在基坑开挖及地下结构施工过程中基坑及周边环境的安全，加强深基坑工程的监测是十分重要的保障措施[2]。

1 工程概况

1.1 工程简述

工程为某一圆形智能停车库，临近市区街道，南侧、西侧为已建社区，东侧临近多栋建筑物，北侧为车库配套管理楼。车库主体结构形式为地下圆筒形结构，共7 层停车平台。主体结构为钢筋混凝土现浇侧墙及顶底板,内部停车平台采用预制拼装墙板。工程采用明挖顺作法施工,基坑开挖深度为21.17 m。

1.2 地质条件

（1）场地地貌为冲积平原地貌单元,地形较平坦,地面高程约为7.53 ～9.91 m。

（2）场地内覆盖层主要为第四系不同成因类型的岩土层，成因类型分别为：①人工杂填土是指由人为活动引起的土壤堆积；②於积土是指在溪流、河流或湖泊等水体中沉积的土壤；③冲积土是指由于河流、洪水或泥石流等水力作用冲刷而来的土壤；④洪积土是在河流、湖泊或海岸地区被洪水冲刷和沉积的土壤；⑤残积土是由于岩石风化和侵蚀过程中形成的土壤等,基底为花岗岩及其风化壳。

（3）场地地层结构及岩性特征自上而下分布如下:①杂填土、②淤泥、③粉质黏土、④残积黏性土、⑤全风化花岗岩、⑥-1 层砂土状强风化花岗岩、⑥-2 层碎块状强风化花岗岩、⑦中风化花岗岩。

1.3 基坑支护设计方案

主体基坑为圆筒状，平面开挖直径为19.8 m，开挖深度为20.87 m，采用柱径800 mm 的全套管一荤一素钻孔咬合灌注桩支护形成闭合圆筒状，咬合桩采用1 根素混凝土桩+1 根钢筋混凝土桩交错咬合的方式布置，桩距548 mm，咬合宽度252 mm，咬合桩嵌固深度4.8 m，桩长24.87 m。

2 监测方案

为了查明该工程基坑施工期间其支护结构及周边环境的状态和变形情况，工程监测工作贯穿基坑工程及地下工程施工全过程[3]，自基坑施工开挖前完成监测点的埋设，并完成监测初始值的采集工作，监测至地下工程完成及基坑周边回填完毕为止。

（1）深层水平位移监测：在基坑坡顶沿着圆形基坑中轴线横纵断面埋设4 根测斜管，测斜管伸出地表10 cm，同时测斜管外灌注水泥浆或水泥砂浆，测点编号为C1 ～C4，其中测点C1 埋深16 m，C2 埋深22 m，C3、C4 埋深24 m。

表1 该基坑监测预警值

（2）桩体沉降及水平位移观测：在基坑桩顶处，均匀布置4 个沉降观测点。使用φ25 mm钢筋作为监测点，底部固定在基坑桩顶上。沉降观测点布置位置与深层水平位移观测点邻近，验证相互观测数据，水平位移观测点与沉降观测点共用，桩顶观测点编号为J1～J4。

（3）周边地表沉降观测[4]：每2 个对角桩顶沉降观测点形成1 个监测断面，每个断面沿着基坑外边缘处地表布置沉降观测点，周边地表每隔2～3 m 布置1 个沉降观测点，每个断面布置沉降观测点8 个，合计16 个沉降观测点，编号为D1～D16。

（4）围护桩内力监测：桩体内力监测点布置在荤桩上，合计布置4 个围护桩内力监测点，每个内力监测点布设2 个剖面，每个剖面2 个钢筋应力计,编号为Y1～Y4。

（5）监测预警值。根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497—2009）及基坑相关设计文件要求，该基坑监测预警值如表1 所示。

3 监测数据分析

3.1 施工过程

根据工程特点、工程地质及水文地质条件、环境情况及工期要求，基坑支护施工完成后，施工过程为：（1）沿咬合桩两侧开挖至冠梁底标高下0.5 m，施做桩顶冠梁及砖砌挡墙；（2）分层分块同步对称开挖土体，每层层差不超过1.5 m，开挖至主体基坑底设计标高后，施做底板垫层及素混凝土填充；（3）施做防水层及底板；（4）施做防水层及侧墙，施做消防水池防水侧墙及顶板；（5）内部预制构件拼装；（6）施做顶板及防水层；（7）机电设备安装；（8）拆除砖砌挡墙，回填土至设计地面标高处。

3.2 基坑施工节点时间

（1）基坑支护桩已经施工完成，基坑土方开挖阶段为2017年9月5日—2017年9月29日。

（2）基坑开挖到底，施做底板垫层及素混凝土填充阶段为2017 年9 月29 日—2017年10 月12 日。

（3）施做防水层、侧墙及顶板，机电设备安装阶段为2017 年10 月12 日—2018 年6月12 日。

3.3 施工过程监测分析

（1）该基坑自2017 年9 月基坑施工起开始监测，直至2018 年6 月基坑周边回填完毕。选取部分监测项目内容进行变形分析，其中测斜、水平位移变形量“+”值表示变形朝基坑内侧方向，竖向位移“+”值表示变形为下沉。

深层水平位移监测数据见图1 ～图4 可知。各个深层水平位移监测点的变形量是不相同的，深层水平位移变形随着土方开挖深度的增加而增大，变形变化时间段主要集中在基坑土方开挖阶段，且基坑变形一直呈现向坑内方向移动。2017 年9 月当基坑开挖到底时，基坑深层水平位移累计最大值为15.06 mm，发生在C3 测斜孔-6.0 m 处（接近于支护桩的1/3 处），累计位移量出现超出预警值的情况，与其预警值（15 mm）相当。但基坑底板浇筑后，C1 ～C4 测斜观测点日均位移量及累计位移量无较大变化，数据基本趋于稳定，由此可判断基坑的施工并未对基坑支护结构产生较大的影响。

图1 C1 深层水平位移过程曲线图

图2 C2 深层水平位移过程曲线图

图3 C3 深层水平位移过程曲线图

图4 C4 深层水平位移过程曲线图

（2）基坑桩顶沉降监测数据见图5。由图5 可知，2017 年9 月基坑开挖期间，各个桩顶竖向位移测点变形均随着开挖深度的增大而增大。各个测点的桩顶竖向位移从整体上呈现出缓慢且稳定的增长，至基坑底板浇筑后，总体变化趋于稳定。基坑西侧J1 桩顶竖向位移值最大，累计沉降量为5.09 mm，小于监测预警值（10 mm）。

图5 基坑桩顶沉降变形量L-时间t 关系曲线图

（3）基坑桩顶水平位移监测数据见图6。由图6 可知，在基坑及地下工程施工期间，各个基坑桩顶水平位移测点变形量随着时间缓慢增大，并向基坑方向偏移，但总体各个变形量较小。2017 年9 月当基坑底板浇筑后，各监测点的水平位移累计变化量有所降低并趋于稳定，基坑桩顶的累计水平位移最大值为5 mm（J3点），小于监测预警值（15 mm）。

图6 基坑桩顶水平位移变形量L-时间 t 关系曲线图

（4）基坑周边地表沉降监测数据见图7。从图7 看出，在基坑土方开挖施工期间，地表竖向位移逐渐增大，各测点累计位移量较小，总体呈现稳定状态。但从2018 年3 月23 日至2018 年3 月29 日这一时间段，个别道路沉降观测点变形量突然增大，主要集中在D9 ～D11 区域，其中地表沉降观测点D9 累计沉降最大值达到126.55 mm，D10 也已达到78.28 mm，沉降变形远超预警值，D11 号沉降观测点受到连带影响累计沉降量也已达到26.42 mm。于2018 年3月29 日后周边地表沉降减小并趋于稳定。同时，此时间段内，基坑支护其他监测项目变形量始终处于稳定状态，未出现突发变形增大的情况。

图7 基坑周边地表沉降变形量L-时间t 关系曲线图

结合支护结构变形监测数据分析来看，基坑桩顶水平位移、桩顶竖向位移、深层水平位移变形量L-时间t 关系曲线图的变化形势趋于一致。支护结构总体变形量呈现随着基坑的开挖，变形趋势越来越明显，后趋于稳定，且总体变形量小于监测预警值，无异常情况发生。周边地表沉降观测点D9、D10、D11、D12 处于一个监测剖面，此剖面近基坑支护一侧地表沉降点D12 最大累计沉降量为10.15 mm，变形量也小于周边地表沉降预警值，说明基坑支护结构变形量总体呈现稳定状态；经过获取基坑土方开挖施工期间支护结构形变数据，对比未施工前的形变数据，D9、D10 沉降监测点2018 年3 月23 日开始后产生较大沉降，与其他沉降点相比，这两处沉降点主要受到汽车吊施工超载影响，因而受到挤压扰动，使得沉降值超出预警值；D11 号监测点由于距离D9、D10 沉降监测点较近，受到连带影响沉降值为26.42 mm 也超出预警，于2018 年3 月29 日号后发生轻度沉降，而且沉降幅度逐渐趋于稳定。

4 结语

以福州地区某深基坑工程为工程背景，采用测斜仪和全站仪对深基坑施工阶段的变形、钻孔咬合灌注桩周围沉降位移和基坑周围地表沉降进行观测。得出结论如下：

（1）根据深层水平位移监测数据表明。随着基坑土方开挖，深层土体水平位移竖向曲线总体呈现为类似“S”型，竖向支护桩中、上部位置土体变形量相对大于支护桩下部土体位移量，变形最大值位置接近于支护桩的1/3 处。

（2）从基坑支护结构监测内容数据表明。基坑变形主要集中在基坑土方开挖阶段。在基坑施工工期允许范围内，应尽量缩短基坑暴露的时间以减少基坑变形。加快基坑底板的浇筑，以降低基坑施工对基坑支护结构及周边环境的影响。

（3）根据监测结果基坑周边的土体存在一定程度的变形量。基坑施工开挖期间，道路沉降变形量显著增加，沉降量远超预警值。同时支护结构变形在施工期间也存在明显的变形趋势，经过监测方对基坑支护结构及周边环境的监测数据进行处理、分析，结合监测周期内现场施工情况，判断基坑围护结构与周边地表变形量始终处于稳定状态。