软土地基深基坑支护工程监测及变形特性分析
摘要：软土地基的复杂性及不定性是影响深基坑支护工程的重要因素。本文结合某超重型机加工车间工程分析了软土地基深基坑支护工程监测及变形特性。
关键词：软土地基；深基坑；支护工程；监测；变形特性
深基坑支护设计、施工、监测技术，是近十多午来在我国逐步涉及的技术难题。深基坑支护结构的重要性，不仅要保证基坑内正常作业安全，而且要防止基坑底及坑外土体移动，保证基坑附近建筑物、道路管线的正常运行。目前，对深基坑变形的现场监测已经成为确保深基坑工程施工安全可靠的必要和有效手段，通过基坑开挖过程中的基坑监测，实行信息化施工能减少基坑工程事故发生。通过对基坑支护结构、基坑周边土体等进行系统、科学的监测，才能对基坑工程和对周围环境的影响状态进行全面分析，做出安全预报，使施工全过程处于动态调整状态，确保施工的顺利进行。
一、工程概况
1工程简介
本工程主厂房为两跨连续全钢结构排架厂房，在已建好的厂房内HJ跨9-18线间建设一个大型设备基础，由于该设备基础紧邻H轴J轴的多个柱基础，对地形变形要求很高，为确保基坑开挖的安全，施工过程中需要对基坑进行现场监测，通过对施工期间基坑周边土体的动态进行监测，出现异常情况及时反馈并采取有效措施，确保基坑开挖过程中安全可靠。
2工程地质水文条件
据勘察报告提供情况，拟建场地埋设约12.00米以上主要由故河道新近冲积层组成，土质较软，强度较低。本次建设的设备基础荷重较大，对变形要求严格。本场区浅层地下水以潜水为主，水位随季节略有变化。场地地下水稳定水位埋深为1.0m左右。
二、基坑支护方案及监测项目
1基坑支护方案
根据基坑平面形状、深度、土质情况、主体建筑结构特点、周边环境条件、现场施工等因素进行分析。
该工程基坑支护周围采用连排φ700@900钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩长为27m，双头φ700@900搅拌桩止水帷幕，有效桩长17m及φ700钢筋混凝土支撑柱的形式，并降水井（φ600，井深14.5m）进行相应降水。钢筋混凝土灌注桩部位施工帽梁（截面尺寸1000mm×1200mm）与水平支持系统（截面尺寸
700mm×1000mm）。待灌注桩、水平支撑系统及水泥土搅拌桩等度达到设计要求，并且降水20天以上方可进行基坑的开挖工作。
2监测项目
综合考虑基坑周边环境对监测项目的影响，针对基坑深度大，基坑距离已有柱基础较近的特点，并结合基坑特点确定监测项目如下:基坑边壁(围护桩)的深层水平位移(测斜)、地下水位观测、钢筋混凝土支撑观测、基坑周边地表及柱基础沉降观测。考虑到基坑施工全过程的安全性，在施工过程中将依照量测基准值及险情预报警戒值对施工过程实行信息化指导。
3监测结果分析
基坑监测结果分析是基坑监测的重要工作，要求全面收集数据并以科学合理的方法进行分析，以达到准确判断基坑变形趋势，确保基坑及周边地下管线安全的目的。围护桩施工为基坑监测起始工作，最后一道支撑拆除为收尾工作，现将各项量测结果分述如下。
3.1 基坑深层水平位移监测
通过监测围护结构变形情况，了解围护深层水平位移变化情况，通过分析现场数据，对围护结构的安全状态做出准确判断，确保基坑稳定。因此深层水平位移的监测也十分重要。本工程支护结构深层水平位移监测一共埋设12点，测斜管与围护桩体同深。测斜管预先固定在维护桩的钢筋笼上且靠近基坑内侧方向，并随着钢筋笼浇注在混凝土中，但在施工期间，墙体测斜管 2号、5号、6号被破坏，为了保证基坑监测数据准确性及全面性，在破坏的测斜管附近加点补测。
随基坑开挖步骤进行，支护结构位移变化非常复杂，当初期开挖距支撑顶2m时，桩身水平位移曲线近似线性变化。随着基坑开挖深度增加，桩侧土压力的增大，当开挖深度接近一半时，位于基坑的深度5m附近，桩体位移明显增大，最大位移8.5mm。当开挖到基底10.1m深度，桩土的侧向压力进一步增加，此阶段桩身水平位移对比之前有较大差别，最大位移的位置在桩顶9.7mm处。围护结构的水平位移都有一个共同的特点:底板浇筑完毕后，测斜曲线渐渐收敛，证明基坑围护结构的变形已趋于稳定状态。经研究得知根本原因:底板浇筑后，两侧的围护结构被连结为一个牢固整体，使围护结构的整体性及刚度显著提高，因此抵抗基坑两侧土压力能力明显增强，施工对周边环境影响逐渐减小。基坑开挖到3m之前，支护结构水平位移变化比较稳定，从开挖3m至开挖8m期间位移发生明显变化，其中最大位移变化值达5.3mm，由于支护桩帽梁上出现多处1-3mm的裂缝，迫使项目停工2天，随后支护结构水平位移又趋于稳定，呈现出阶段性的“加速变形－减慢变形”的规律。在基坑土方开挖施工的全过程中，桩顶为最大位移点，桩底为最小位移点，在基坑浅部开挖时，桩身位移沿深度近似呈线性变化，在基坑深部开挖时呈现趋于抛物线变化特征。
基坑围护结构的位移曲线形态大体呈弓型，出现“鼓肚”型的迹象，其顶点通常位于土方开挖面以上1.0～2.0m区间，并随开挖深度的不断增加，最大水平位移点随之下移。出现此种现象的原因，是由于开挖过程中基坑外侧土体向内挤压，待支护桩及其支撑系统受力达到平衡，变形停止，故开挖宜分层、均匀、对称进行，挖土速度不宜过快，分三步挖至坑底标高。
3.2 地下水位监测
基坑施工过程中，为保证基坑开挖及土方运输的顺利进行，必须进行降水工作。借助水位计对基坑地下水位监控，观测基坑施工过程中地下水位的变化，了解地下水位变化情况及变化速率，判定地下水位下降对周围建筑物的影响。
结合本工程周围环境地质条件及水文条件，确定在基坑内布设12口降水井，环绕基坑周边布设8个水位监测点:SW01～SW08，同时采取降水措施，对基坑内12个降水井连续降水20天，观测井水位逐渐下降，基本能维持在2500～5000 mm，水位较稳定。且基坑在厂房内部，受降雨等因素的影响较小。
3.3 基坑周边地表沉降
用水准仪对周边的地表沉降进行观测，判定基坑周边柱基础及土体是否发生开裂和不均匀沉降，以便采取科学合理的措施。
地表沉降主要因素: 随着基坑土方开挖，土压力不均衡，同时基坑内不断降水，孔隙水压力变小，而地基的有效应力增加引起的固结沉降，地层被扰动而引起应力变化等因素都会导致开挖面失去平衡，造成地基变形。
将地表及柱基础沉降数据进行分析处理后，发现各监测点的沉降变化曲线大致相似，由于柱基础下均有混凝土方桩作为支撑，故柱基础上各沉降点最终变形都保持在5mm以内，在建筑地基允许变形范围之内。
随着基坑开挖的不断推进，基坑周边柱基础与土体受力情况发生改变，逐渐向基坑内侧发生位移。但随着基础逐步浇筑后，基坑周边柱基础又出现向外位移现象，偏移值由3.2mm减小到1.8mm。基坑周边土体受到向基坑外方向的挤压而发生相对隆起，随着基坑深度的增加围护桩发生向基坑内部的位移，基坑周边土体被解除挤压状态，转为沉降变化，之后再次对支撑进行预加载，桩后土体又受到桩体往外的挤压作用，土体随之发生相对隆起，所以出现基坑周边土体的沉降→相对隆起→再沉降→再相对隆起状态。就整个观测过程来看，基坑周边土体竖向位移最大沉降值为3.2mm，未超过规定的监控管理的报警值。
参考文献：
[1]龚晓南．基坑工程实例[M]．北京: 中国建筑工业出版社，2006．
[2]李庆伟，陈龙华．北京某深基坑监测实例分析[J]．施工技术，2008，37(9):
