深基坑内支撑体系拆除过程中的基坑监测要点分析

吕梦然

（广州广检建设工程检测中心有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着经济的快速发展，我国城市的建设规模日益增大，伴随着各种先进的地下工程施工技术的发展，城市地下工程如地铁、地下综合管廊、大型地下商场、地下停车场、过江隧道等，其规模与数量大幅增加，使得深基坑工程也得到了飞速发展。由于深基坑工程的高风险性的特点，基坑的安全监测成为各方关注的重点。

国内外的工程技术专家都对基坑的变形原理做了很多研究，普遍认为深基坑变形主要在于两个方面：一种是深基坑开挖和支撑的基本过程引起的变形，另一种则是由于相关的施工活动如支撑体系拆除、基础施工及周边工程环境改变等引起的变形。深基坑的主要变形表现为支护结构的位移，周边地表的沉降及基坑底部土体隆起等，主要原因是基坑土方开挖和支撑体系拆除等施工活动引起的基坑内外产生土压力差，在土压力的作用下，支护结构产生向基坑内的水平位移变形和基坑底部土体的隆起，进而引起基坑周边地表的沉降[1]。本文结合工程实例，阐述深基坑工程的基本工况，基坑监测的内容，内支撑体系的分布情况及拆除次序，详细地分析内支撑体系在拆除阶段基坑监测数据的变化特点及原因，合理调整拆除次序，可以有效地控制基坑变形，对保障基坑施工与周边环境安全有重要指导意义。

1 工程概况

该项目位于广州市海珠区龙凤街道革新路机械厂厂区新建住宅小区北面，西隔太古仓路与太古仓码头相望，东临革新路，东南侧则与现状天鹅湾花园相邻。基坑东侧边线距天鹅湾花园二期住宅（两层地下室）边线最短距离为3.8m，天鹅苑二期基础形式为筏板基础+桩基础；基坑南侧边线距天鹅湾花园一期住宅（一层地下室）最短距离为9m，天鹅苑一期基础形式为桩基础；基坑西侧太古仓路有雨、污水管，距离基坑开挖边线最短距离为13m。

该项目拟建一幢5 层综合楼，为框架结构，建筑高度为19.9m，综合楼范围下设2 层地下室，地下室深度为8.7m，拟采用筏板基础形式。基坑开挖深度为9.1m，支护结构周长为220m。根据场地的岩土工程勘察报告，该项目场地地层自上而下分布为人工填土（Q4ml）、第四系冲积层（Q4al）及侏罗系（J）基岩三大类，结合场地周边的环境情况，本工程基坑支护结构采用一排直径1000mm 的旋挖灌注桩支护，设置一道1000mm×1000mm 的钢筋混凝土内支撑，支护桩间设直径600mm的双管高压旋喷桩作为止水帷幕。

2 基坑监测

根据《建筑基坑工程监测技术标准》中的基坑设计安全等级、精度要求、基坑周边环境及地质条件复杂程度[2]，该项目设置基坑顶部水平、竖向位移监测点12个，支护桩深层水平位移监测点6 个，地下水位监测点7 个，支撑轴力监测点10 个，立柱沉降监测点10 个，周边地表沉降监测点12 个，周边建筑物沉降监测点16 个，周边围墙沉降监测点10 个，形成立体监测网络。

3 内支撑拆除方案

根据基坑支护结构体系的设置和变形情况，内支撑体系的拆除应分区分段进行，遵循“先次要构件，后主要构件”的基本原则，即首先拆除基坑的联系撑，角支撑，再拆除基坑中部的水平支撑，最后拆除格构柱的顺序，结合地下室结构施工进度，充分利用地下室结构的梁板进行换撑作业。负二层地下室顶板结构完成后，在其后浇带、中隔墙、汽车坡道、非机动车坡道、预留洞口等位置设置传力混凝土块，将原有支撑力逐步均衡地释放。待地下室结构梁板与传力混凝土块经混凝土强度检测满足要求时，方可开始进行内支撑拆除作业，对内支撑体系进行逐区逐块拆除[3]。基坑的内支撑拆除时，应选择基坑监测变形数据相对较小的部位开始，避免基坑因内支撑力突然消失而导致基坑周边变形发生突变。

该项目基坑周边的住宅小区密集，基坑内部作业空间狭小，不便采用机械破除或爆破拆除的方式，故充分考虑作业环保与施工便捷的因素，内支撑体系宜选用静力切割与人工风镐结合作业的拆除方式。静力切割支撑梁前，需在梁底部搭设脚手架支托，切割完成后，待基坑监测数据反馈，无明显突变后，可将切割下来的梁体吊运走。

4 内支撑拆除期间基坑变形数据分析

该项目基坑监测工作自2022 年7 月1 日开始，截至2022 年11 月30 日，基坑完成土方开挖与地下室负二层结构施工，并设置好换撑传力混凝土。内支撑体系于2022 年12 月2—13 日进行逐块拆除，拆除顺序为：先拆除基坑南侧两端角支撑，再拆除北侧两端角支撑，最后拆除基坑中部的水平支撑期间基坑监测频率为1d 1 次，先对内支撑体系拆除前后的基坑监测数据具体对比分析。

4.1 基坑顶部水平位移分析

2022 年7 月1 日—11 月30 日为基坑土方开挖与地下室结构施工阶段，基坑四侧的顶部水平位移随土压力的释放而向基坑内缓慢增长，在完成基坑土方开挖与地下室底板浇筑后，水平位移变化也逐步趋于稳定。在12 月2 日开始对南侧两端角支撑拆除时，基坑工况显著变化，支护结构受力体系发生改变，水平位移再次出现明显增长，至12 月13 日，内支撑体系全部拆除完成，基坑顶部水平位移变化趋于收敛。以基坑南侧拆撑区域的顶部水平位移测点为研究对象，统计基坑土方开挖阶段与内支撑体系拆除阶段的水平位移增量及日变化速率，具体数据如表1 所示。

表1 不同工况下的基坑顶部水平位移增量与日变化速率

对比统计后的监测数据可以得出：①无论是在基坑土方开挖，还是内支撑体系拆除阶段，基坑变形都受空间效应的影响，基坑支护结构中部变形大，两端变形小，而两端的支护结构在拆撑期间的位移增量比中部监测点更大，说明在支护受力过程中，支护结构两端仍有较大的变形冗余量[4]。②以监测点WY8 为例，其顶部水平位移总变形量为16.25mm，内支撑拆除期间的位移增量为8.90mm，约占总变形量的55%，内支撑拆除阶段的变形速率远大于基坑土方开挖阶段，体现了内支撑拆除阶段的重要性。

4.2 支护桩深层水平位移分析

支护桩深层水平位移能客观地反映基坑支护结构在深度方向上的变形特征。支护桩深层水平位移的变化在土方开挖期间呈缓慢发展趋势，随着内支撑体系的拆除，变化量迅速增大。CX4 监测孔位于基坑短边，土方开挖完成时，其深层水平位移最大值为9.78mm，位于支护桩埋深3.0m 处，内支撑拆除完成时，其深层水平位移达到最大值为14.49mm，位于支护桩埋深1.0m处；CX5 监测孔位于基坑长边，土方开挖完成时，其深层水平位移最大值为16.32mm，位于支护桩埋深3.0m处，内支撑拆除完成时，其深层水平位移达到最大值为27.91mm，位于支护桩埋深0.5m 处。

支护桩深层水平位移在内支撑拆除过程中的最大位移增量约占总变形量的50%，与基坑顶部水平位移的变化规律相符。支护桩的变形曲线特征同时还表明，随着内支撑的拆除，深层水平位移最大值点向支护桩上部移动，而位于开挖面以下的支护桩变形受影响较小。通过对比基坑长、短板支护桩的深层水平位移变形数据，可见基坑长边的支护桩变形大于短边，且支护桩顶端的变形约束小于短边，也证明了基坑长边的安全风险更大，出现这种现象的原因主要如下：①基坑平面的尺寸效应，基坑长边整体刚度弱于短边，更易产生较大变形。②换撑传力混凝土提供的作用力分散，对支护结构抵抗支撑拆除后产生的卸荷应力作用有限。

4.3 支撑轴力分析

支撑轴力监测可以直观地反映基坑支护结构的受力情况，力值的变化相较基坑变形量而言，时效性更强。根据支撑轴力的变化情况，可以及时调整基坑支护结构形式，合理分配基坑四周的荷载应力，减轻集中荷载效应引起的基坑局部变形突增的情况。该项目在基坑的四侧角支撑的主支撑梁上设置7 组支撑轴力监测点，设计轴力值为6800kN，中部水平支撑上设置3 组监测点，设计轴力值为8500kN。在基坑土方开挖期间，基坑侧壁土压力的作用力下，支撑轴力增长缓慢，截至内支撑体系拆除前，最大支撑轴力值为3844kN，ZCL8 测点，达到设计值的59%，支撑轴力的冗余量仍较为充足。在完成换撑施工后，按基坑西南角、东南角、西北角、东北角，中部对撑的顺序依次进行内支撑体系拆除。每一道支撑的拆除会对其他支撑产生很大的影响[5]。每一侧角支撑在拆除时，相邻短边的角支撑监测点的轴力值会明显上升，而相邻长边的角支撑监测点的轴力却有所下降，临近拆除区域的水平支撑监测点轴力值增量大，而远离拆除区域的水平支撑监测点轴力值增量小。将基坑短边作为研究对象，同一基坑侧边的角支撑拆除时，由于受力支点减少，基坑荷载重新分配，传递至临近未拆除的角支撑梁上，引起其轴力值的增大，距离越近，影响效应越强。对基坑支护长边，支护圈梁相当于一根受力杆件，中部的水平支撑作为支点，在一端角支撑拆除后，其承受的基坑荷载作用于杆件的一端，形成类似“杠杆”的作用，使得角支撑未拆除的另一端产生对基坑侧壁的主动土压力，从而减小了对支撑梁的压力。水平支撑不仅在基坑土方开挖过程中，承受支护结构中部较大的应力，抵抗基坑变形，同时在内支撑拆除时，合理利用其传力的作用，可改善内支撑受力的状况。

4.4 周边地表沉降分析

基坑内支撑体系拆除之后，支护桩由于没有支撑体系的约束，桩后土压力的重新分布，使得支护桩在水平方向上产生向基坑内侧的位移，而支护桩体后方的土体也会发生相应的移动，在竖向上表现为周边地表的沉降变形。在拆除内支撑体系的前后时间段，对基坑周边地表沉降变化情况进行监测，判断支撑拆除对周边环境的影响程度[6]。以基坑西侧的周边地表沉降点为研究对象，对比内支撑拆除不同时间段的数据变化，分析拆撑施工对周边地表沉降的时间效应影响，具体观测数据如表2 所示。

表2 不同时间段周边地表沉降变化

在内支撑体系拆除期间，周边地表沉降量未出现明显增长，沉降变化速率与前期工况相近；在完成拆撑后的第一周，沉降增量较为明显，沉降变化速率较大，随着时间的增长，到完成拆撑后的第二周，沉降增量出现下降趋势，沉降变化速率逐步放缓。支护桩体的侧向变形引起周边土体的移动，这种移动是较为缓慢的，主要受限于地质条件与空间距离，越是靠近基坑拆撑区域的测点沉降量越大。整体来看，周边地表沉降的变化动态稍稍滞后于内支撑拆除时期，但这种“滞后的变化”仍需要加以关注，内支撑拆除施工不仅仅影响基坑支护结构的受力平衡，也会对周边环境土体及构筑物带来显著改变，在拆撑工作结束后，继续延长对周边环境的观测，才能更精准地把握基坑及周边情况的安全稳定动态。

5 结论

本文以某基坑工程为实例，详细地分析了内支撑拆除阶段中基坑变形监测的要点，总结各监测参数的变化特性，得出以下结论。

（1）在深基坑内支撑体系拆除阶段，基坑顶部水平位移及支护桩深层水平位移的变化规律与基坑土方开挖阶段一致，有明显的尺寸效应与空间效应，变现为“两头小、中间大”“底部小、上部大”，拆撑期间的变形增量约占总变形量的50%，为短期突变增量。

（2）内支撑体系拆除过程中，拆撑的次序对内支撑的受力再平衡影响显著，根据实时测得的支撑轴力变化值，合理地调整拆撑次序，可有效地削弱支撑缺失后带来的局部应力集中，减轻剩余支护结构的荷载效应。

（3）周边环境的变化滞后于内支撑拆除施工进度，在拆撑施工结束后，周边环境的变化仍有明显发展，需加以重点关注，以保证周边环境的变形安全。