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摘要：通过分析某建筑工程深基坑开挖过程中的监测数据，结合水文地质及施工工况等因素，总结了上部放坡+桩锚围护体系下坡顶及桩身深层水平位移、锚索应力、周边建筑物沉降随开挖施工及水位的变化规律。结果表明，与坡顶位移变化相较，桩顶位移更能准确体现围护结构本身的应力变形情况，基坑变形情况主要集中在开挖过程中，当施工到一定深度时变形趋于稳定，应减少基坑无支撑暴露时间等。并对深基坑开挖施工及监测提出了一些建议。
关键词：基坑监测；数据分析；变化规律
深基坑施工过程中必须结合工况及现场情况时刻关注坡顶变形、支护结构内力和位移变形以及水位变化等多方信息，通过对监测内容进行分析，及时发现问题，并反馈至施工管理进行参考，制定应急措施保证基坑开挖及结构施工安全，达到信息化施工的目的。变形监测可以为信息化施工提供必要的数据，对安全施工意义重大[1-5]，本文通对某深基坑各施工阶段监测数据变化的分析，研究了放坡+桩锚支护体系下基坑开挖过程中的深基坑变形规律，对类似案例施工有一定的参考价值。
一、项目介绍
1、工程概况及设计说明
本文研究的深基坑位于北京市朝阳区，为某大型商业综合体建筑的地下部分。基坑深度-19.2m（局部设备机房-21m），一级基坑。基坑按明挖顺作法进行施工，采用上部摘帽放坡，下部桩锚的支护形式，摘帽7.5m，按1∶0.5放坡，（局部1∶0.6），-7.5m～-19.2m为桩锚支护体系，护坡桩采用桩径为800mm的钢筋混凝土灌注桩，桩间距为1500mm；桩顶设计标高为-7.5m，桩长19.30m，凿除桩头后，桩顶设置一道钢筋混凝土连梁，连梁顶标高-7.5m，截面尺寸为800mm×600mm。桩与冠梁均为C25砼，保护层厚度50mm，塌落度为18～20cm。设置3排预应力锚索（锚索均采用二次劈裂注浆），第一排锁在-7.8m位置连梁上，第二排锁在-12m位置的腰梁上，第三排锁在-16.2m，均为一桩一锚，入射角度均为15度，锚固体直径均为150mm。除第一道以冠梁为支撑座外均采用30B双工字钢作为支撑座。
2、工程地质及水文地质条件
拟建场地位于北京城区东北部平原地区，地貌单元属于温榆河冲洪积扇的中部侧边缘地带。先前为砖厂所在地，经开挖取料形成深坑，后经多年回填建筑垃圾及部分生活垃圾等，致使该场地高低不平，有较大面积的土坡，填土多含水泥块、砖块等。场地土层岩性分布及性质描述主要为：（a）人工填土层，杂色，稍湿～湿，松散～稍密，主要为砖块、石块等建筑垃圾组成，本层厚度为7.2～11.8m，水位起伏较大，其静止水位埋深3.8～6.4m，属潜水；（b）新近沉积层，粉细砂，褐灰或灰褐色，饱和，稍密，含有石英、云母等，本层厚度0.7～5.9m，静止水位8.2～10.8m，潜水，主要受大气降水及地下径流补给；（c）一般第四纪沉积层，粉质粘土/粘质粉土，地下水静止水位满身29.2～32.3m，潜水，有微承压性。
3、主要施工工况
平整场地后以坡顶地坪为相对标高±0.000m，-7.5m范围采用1∶0.5放坡开挖，坡面采用锚网喷防护，-7.5m处设置冠梁，冠梁外设1.2m工作平台，平台下开挖及支撑安装过程按时间顺序说明如下。
开挖过程如图1所示：
第一阶段（2012.12.1-2013.3.31）：土体向下开挖至-7.5m，打围护桩施工，桩头剔凿完成后制作冠梁，并在-7.8m处施加第1道预应力锚索。
第二阶段（2013.4.1-2013.4.8）：土体向下开挖至-13m，在-12m深度施加第二道预应力锚索，桩间挂网喷护；
第三阶段（2013.4.9-2013.4.16）：土体向下开挖至-17m，在-16.2m深度施加第三道预应力锚索，桩间挂网喷护；
第四阶段（2013.4.17-2013.5.6）：土体开挖至坑底-19.2m，土方开挖完成，并进行抗拔桩施工；
第五阶段（2013.5.7-2013.7.17）：基础施工完成进行底板混凝土浇筑。
二、监测内容、频率、限值
按照《建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009》，由建设单位与具备资质的第三方监测单位按一级基坑确定监测项目和控制值，其中与本文相关的6个现场监测项目如表所示：
监测频率按一级基坑考虑，根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）确定（附录一）。
三、监测数据分析
本基坑12年12月31日全部开挖至冠梁顶标高-7.5m，上部坡面挂网喷护完成后，开始围护桩施工，基坑内渣土（除马道位置）清理至-7.5m，3月7日西南侧冠梁完成，3月18日护坡桩及之上护坡施工全部完成，3月31日冠梁下挖土至第一道锚索下部开始施加第一道锚索预应力，4月8日土方开挖至-13m，第二道锚索施工完成，4月16日开挖至第三道锚索，对第二道锚索进行桩间喷护，4月27日局部开挖至坑底，5月6日坑底土基本清理完成，局部抗拔桩施工完成。5月24日除出土马道外抗拔桩施工完成，部分抗拔桩头剔凿完成，7月17日部分基础底板浇筑完成，8月24日北侧马道抗拔桩施工完成，马道清理完毕，9月16日底板基本浇筑完成，9月30日全部浇筑完毕，12月4日结构正负零施工完成，2014年4月30日抽水结束，5月25日外墙防水完成基坑回填土至正负零。
结合施工工况，分析各监测项目变形情况如下：
1、坡顶位移变形（水平、垂直）
由图2、图3所示，坡顶水平及竖向位移总体向下趋势（水平向外，竖直向下），随时间变化曲线在2012年12月至2013年2月前变化较快，13年2月至4月期间波动较大，5月至6月底期间平均位移再次均匀变化，6月之后基本趋于平稳。其中西侧边坡中部18#测点为最小位移值，达到预警条件，经约相关专家查看现场，此处测点所在位置土质较为松散，基本为杂填土，而13年2月至3月期间上部摘帽已经进行了锚喷支护，且经过春节假期，结合现场状况，分析为打桩机械扰动及冻土冻融现象引起位移突变，及时采取了保护隔离措施。
2、周边建筑物沉降及水位变化
实测现场降水水位基本维持在水深-23m左右，而5-8月份为传统汛期，由于前期降水时间早，变形已趋于稳定，进入汛期后，建筑物底部远离基坑一侧水位变大导致建筑物沉降差变大。9月及以后水位回升。
3、桩身深层水平位移
图5所示为各主要施工阶段桩身水平位移累计总和随时间变化曲线。由图可见：桩身水平位移的变动主要在开挖过程中，随开挖深度的增加，变形速度较快处逐步下移，桩身累计水平位移越趋于杯状。开挖到基坑底部后，桩身变形速度变小，坑底以上1m左右出现变形拐点，桩身变形主要集中在桩身上部0.6倍桩长范围内。
4、锚索应力
考虑开挖工况及滑坡面形态，本文取第二三层锚索的应力平均值作图6所示，轴力一代表第二道应力，预应力设计值730kN，锁定值580kN；轴力二代表第三道锚索应力，预应力设计值730kN，锁定值580kN，两道锚索均采用4根1860级钢绞线；锚索进行分级张拉后，由于预应力损失两道锚索应力均小于锁定值，且偏差较大，说明锚索预应力损失主要发生在张拉后较短时间内，随开挖进度小幅回升，至七月中旬底板浇筑完成后锚索应力基本趋于稳定。
5、桩身深层水平位移
1、坡顶位移受外界环境的影响较为明显，土质情况、运输机械的扰动及雨雪天气等均会对其造成一定影响，对坡顶观测点应做重点保护，选择土质较均匀、护坡施工质量较好的位置作为观测点。
2、综合分析在此基坑开挖过程中桩身深层水平位移及锚索应力变化，围护结构主要以向基坑内侧变形为主，引起桩身累计位移变大，锚索应力累计平均值增大。
3、围护桩深层位移在基坑开挖初期变形速率较大，随着开挖深度增加，逐渐减小，达到某一深度基坑变形趋于稳定[6]，底板浇筑后变形基本稳定。
4、随基坑开挖深度的增加，由于土压力作用点及弯矩最大值逐渐下移[7]，桩身水平位移变形的拐点也随之逐步下移[8]，到5月中旬开挖到基坑底部后，桩身深层水平位移在坑底1m左右出现变形拐点并趋于稳定。
6、结 论 及 施 工 建 议
1、坡顶位移影响因素多，现场施工重点管理。选准坡顶位移观测点，控制运输及混凝土泵送车辆距离坡顶的距离，避免扰动对护坡造成影响，并对监测点制定保护措施。
2、桩顶水平位移更能准确体现围护结构本身的变化。深层水平位移更多体现围护结构本身的安全和功能性要求，应重点关注并按照开挖深度合理安排监测频率，及时与警戒值进行比对。
3、信息化施工，合理控制开挖深度及速度。开挖过程中应力突变是造成围护结构变形的主要因素，应时刻关注围护结构变形保证开挖均匀有序，应要求护坡施工单位与第三方监测单位同步进行监测，宏观与微观监测同步进行，合理安排调整开挖深度及速度，加强沟通，保证信息化施工
4、由于围护结构变形的不可逆，应尽量减少基坑暴露时间，开挖完成后快速组织底板浇筑施工，防止降雨、扰动等外界因素对基坑稳定造成影响和破坏。
附 录
1.现场仪器监测的监测频率
注：1.当基坑工程等级为三级时，监测频率可视具体情况要求适当降低；
2.基坑工程施工至开挖前的监测频率视具体情况确定；
3．宜测、可测项目的仪器监测频率可视具体情况要求适当降低；
4．有支撑的支护结构各道支撑开始拆除到拆除完成后3d 内监测频率应为1 次/1d。
参考文献：
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论文作者:管玉坤,梁燕
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/4/7
标签：基坑论文; 位移论文; 应力论文; 预应力论文; 水位论文; 水平论文; 护坡论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;