深基坑变形观测方法

深基坑变形观测方法（精选7篇）

深基坑变形观测方法 第1篇

基坑工程设计施工的不合理不仅容易在经济上造成巨大的浪费和损失, 而且, 一旦发生事故还会出现人员伤亡, 产生很大的社会负面影响。近几年, 深基坑的设计和施工已成为地下工程施工领域的技术难点和研究热点, 如何合理地设计深基坑的支护和施工方案, 做到既经济合理又安全可靠, 已成为目前土木工程界的重要研究课题之一。

1 深基坑支护设计设计计算的主要内容

深基坑开挖支护设计计算主要应包括以下几个内容。

(1) 支护结构的内力和变形:支护结构包括挡土墙、内支撑 (或锚) 以及支撑立柱等。

(2) 基坑的稳定性:包括基坑的整体稳定、抗隆起稳定和坑底管涌稳定等。

(3) 土方开挖引起的土体变形及其对周围环境的影响。

由于基坑工程涉及因素很多, 是一门综合性学科, 其研究内容非常丰富, 包括以下几个方面。

(1) 支护结构与土体的相互作用问题。

(2) 基坑变形计算问题。

(3) 基坑开挖有限元计算的土体本构模型及参数。

(4) 支护结构的可靠性分析与安全评价。

2 支护结构的内力和变形计算简介

目前我国已发展了多种符合我国国情的、实用的基坑支护计算分析方法。为了模拟施工过程, 通常根据施工阶段选择若干典型工况, 采用连续迭代、前后衔接的方法来分析支护结构。

根据所取的研究对象和基本假定的不同, 目前深基坑支护开挖的分析计算方法大致可分为三大类, 经典计算方法, 弹性地基梁 (板) 法和有限元法, 本文将重点介绍有限元法。

2.1 经典计算方法

经典计算方法主要用于上世纪80年代以前, 这种方法是在选择挡墙一定的入土深度以满足基坑整体稳定、抗隆起和抗渗要求的前提下, 用经典土力学理论计算主动土压力和被动土压力, 或对计算土压力作某些经验修正, 然后计算挡墙 (包括悬臂和有支锚体系) 的内力, 对挡墙和支锚构件进行设计计算。根据挡墙入土深度和是否有支锚, 经典计算方法有自由端法、弹性曲线法、等值梁法、Terzaghi法等等;山肩帮男对挡墙两侧的主被动土压力进行了修正, 建立了有多道支撑挡墙内力分析的解析法。经典计算方法对于普通挡土墙或者开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的, 主要应用于早期的钢板桩和钢筋混凝土板桩挡墙, 而且一般只适用于具有一道支撑 (或锚) 的挡土结构。

2.2 弹性地基梁 (板) 法

弹性地基梁 (板) 法针对经典计算方法中挡墙内侧坑底被动土压力计算的问题提出了改进。其概念是由于挡墙位移有控制要求, 内侧土体不可能达到完全的被动状态, 实际上仍处于弹性阶段, 因此计算中引用承受水平荷载桩的横向抗力的概念, 将外侧土压力作为施加在墙体上的水平荷载, 按弹性地基梁的方法计算挡墙的变位与内力。土对墙体的水平向支承用地基基床系数模拟, 地基基床系数的分布和大小常以下式表示:

根据对a及b取值不同, 可分为张有龄法 (kz=a) 、C法 () 和m法 () , 软土基坑工程中通常用“m法”计算, 即基床系数kz与深度成正比, 比例系数为m。内支撑和锚杆 (旋) 结构也用弹簧模拟。

弹性地基梁法可以看作是对经典计算方法的改进, 但并没有从根本上改变经典计算方法的不足。

3 有限单元法

有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代数值计算方法, 自20世纪40年代Courant首次提出至今, 随着计算机和软件技术的发展, 已被广泛地应用于包括土木工程在内的工程计算分析的各个领域。

3.1 基本思路

把求解区域看作由许多小的在结点处相互连接的子域 (单元) 所构成, 并将子域上的作用用等效结点作用代替, 以此给出基本方程的分片 (子域) 近似解。

首先, 假想把连续体分割成数目有限的小块体[称为有限单元或简称单元], 彼此间仅在数目有限的指定点 (称为节点) 处相互连接;组成一个单元的集合体以代替原来的连续体;又在节点处引进等效力以代替实际作用于单元上的外力, 原边界约束也简化为节点约束。其次, 对于每一个单元, 根据分块近似的思想, 选择一个简单的函数来近似地表示其位移分量的分布规律, 并按弹塑性理论的变分原理建立单元结点力和位移之间的关系。最后, 把所有单元的这种特性关系集合起来, 就得到一组以结点位移为未知量的代数方程组, 解之可以求出原有物体有限个结点处位移的近似值, 并能进一步求出其他物理量 (应力、应变等) 。

3.2 有限单元法的计算分类

从公式推导方法来看, 有限单元法可以分为三类。

直接法:把各个单元的结点力与结点位移的关系式, 按照一定的次序进行迭加, 而求出整个物体的方程组的方法, 称为直接法。这种方法比较直观, 易于理解。但仅适用于求解比较简单的问题。

变分法:应用变分原理把有限单元法归结为求泛函的极值问题。对于固体力学来讲, 就是应用最小能量原理来求整个物体的方程组。变分原理的应用, 使有限单元法建立在更为坚实的数学基础上, 并扩大了其应用范围。

加权余量法:即伽辽金法。这种方法可以直接从基本微分方程导出有限元列式, 而不需要利用泛函的概念。因此, 对于不存在泛函的工程领域也可以采用, 进一步扩大了有限单元法的应用范围。

3.3 有限单元法的主要优点

与其他力学方法相比, 有限单元法的主要优点有以下几点。

(1) 概念浅显, 易于掌握; (2) 适用性强, 应用范围广; (3) 普遍采用矩阵形式表达基本公式, 便于计算机的程序计算。

由于连续介质有限元法能考虑基坑开挖与支护施工过程的许多影响因素, 如施工工况、土的非线性、弹塑性和固结效应、土与结构的相互作用等, 并能直接计算分析开挖对周围环境的影响, 再加上有限元的前、后处理技术具有强大的数据分析和图形显示功能, 目前有限元单元法己成为基坑开挖与支护计算分析的强有力工具。

摘要：本文在笔者另外一篇基坑研究论文的基础上, 继续以深基坑支护结构变形计算为研究对象, 论文首先简要介绍了深基坑支护设计计算的主要内容, 而后介绍了三种计算方法, 经典计算方法, 弹性地基梁法和有限单元法, 其中着重介绍了有限单元法, 全文建立在笔者长期对工程的相关研究之上, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

深基坑变形观测方法 第2篇

为了预防工程灾害事故的发生, 深基坑设计人员和工程技术人员都会在施工过程中重视实时监测, 通过对实时监测的数据进行分析、预测。对有可能发生危险的区域及时采取有效措施, 修改原设计和原施工方案, 避免危险的发生。

目前关于深基坑工程变形预测有以下两种方法: (1) 对于开挖的深基坑, 其围护结构、周围土体和建筑物的受力和变形, 运用数值模拟软件进行模拟[1]。通过该模型分析受力和变形关系来进行预测; (2) 使用数学算法分析实测数据的内在联系, 并通过这种联系进行预测。常用的数学方法有时间序列分析[2]、回归分析[3]、灰色预测[4]、神经网络[5]等。

根据笔者研究经验[6,7,8,9,10], 结合变形沉降规律, 提出首先对实测数据进行预处理, 然后对灰色系统进行改进并进行预测。预测所用深基坑位于上海贝岭技术研发中心内。深基坑设计等级为一级, 场地共分主基坑和车道基坑两部分。车道基坑在主基坑开挖完成后开挖。场地自然地坪标高为-0.700m, 本工程±0.00相当于绝对标高+4.700m。

1 模型的实测数据预处理

1.1 序列光滑条件

光滑连续函数所具有的特性是函数处处可导的, 通常由离散点所组成的序列并不可导, 所以无法根据导数对序列的光滑性进行研究。但如果该序列与某可导连续函数曲线具有大致相近的特点, 那么就可以将该序列近似的认为是光滑的。

对序列x= (x (1) , x (2) , …, x (n) ) , 称式 (1) 为序列的光滑比:

若序列x满足: (1) ; (2) ρ (k) ∈[0, ε], k=3, 4, …n;3.ε<0.5, 则称x为准光滑序列。

1.2 序列的级比条件

根据灰色系统的建模条件, 只有符合灰建模条件的序列才可以用GM (1, 1) 建模。如果原始序列为X (0) = (x (0) (1) , x (0) (2) , …, x (0) (n) ) , 令X (0) 的级比为δ (0) (k) , 且式 (2) 满足δ (0) (k) ∈ (0.1353, 7.3890) , X (0) 可做非畸形的灰色系统建模:

要建立适合的GM (1, 1) 模型, 级比δ (0) (k) 应落于靠近于1的一个子区间 (1-ε, 1+ε) , 这个子区间, 叫做级比界区。

1.3 数据处理方法改进

一般地, 由于外界多种因素的影响, 使得累加后的数据不满足构建灰色系统建模的指数规律, 而需要利用适当的数据变化技术对原始数据序列进行处理, 便可提高灰色系统预测的精度。

设非负数据序列X= (x (1) , x (2) , …, x (n) ) , 如满足式 (3) 则称数据序列X式上凹的序列:

此非负上凹的数据序列适合建立灰色系统模型。这里选用对数函数对原始数据进行变换。对于非负序列X= (x (1) , x (2) , …, x (n) ) , k=1, 2, …, n, 光滑比为ρ (k) , 非负变换如式 (4) 所示。

其中, c≥max{x (k) }, x (k) >e, k=1, 2, …, n。

综上所述, 对数函数变换f (x (k) ) =clnx (k) +d具有一些优良的特性, 即变换后的序列满足光滑比变小、保持了变换后数据的凸凹性和非放大还原误差条件。

原始实测数据序列较大, 选取建筑物上靠近基坑一侧的角点F17, 6/12日至8/18日的数据进行拟合和分析, 如表1所示。对原始数据序列通过对数函数进行变换, 根据上述分析取c=100, d=150, 所得的新的数据序列如表1所示。

注:表中数据序列的数据是通过算法计算出的数据, 无单位。

通过式 (1) 计算原始数据序列和改正后数据序列的光滑比如图1所示。通过式 (2) 计算原始数据序列和改正后的数据序列的级比如图2所示。两图显示经过改进数据序列的光滑比和级比更加满足灰色系统建模的要求, 可以建立非畸形的灰色系统模型。

2 灰色系统模型建立

2.1 灰色系统模型的改进

灰色系统模型有很多优点, 但在实际应用中仍然存在缺点和不足: (1) 当原始数据序列出现异常情况时, 用灰色系统模型做出的预测准确度会降低; (2) 在对灰色系统进行建模的过程中通常采用实际值x (0) (1) 作为预测模型的初始条件^x (0) (1) , 这会使^x (0) (k) (k≥2) 和x (0) (1) 无相关性, 即去除了x (0) (1) 的影响。虽然能够将模型模拟值的第一点误差变小, 但无法保证最终整个预测序列的总体误差最小; (3) 决定灰色系统模型拟合及预测精度的关键是参数a和b的选择, 他们是由原始序列以及模型的背景值决定的, 因此对模型背景值的改进就很有必要。对于 (1) 使用第1节的方法即可满足;对于 (2) 和 (3) , 通过以下方法进行改进。

2.1.1 对数据序列初始值的改进

利用最小二乘法, 同时残差之和为零, 设白化方程中的x (0) (1) =c, 利用等比数列求出, 得到预测公式 (5) :

2.1.2 对灰色系统模型背景值的改进

灰色预测模型的拟合和预测精度取决于参数a和b, 而a和b的求解均依赖于模型背景值z (1) (k) 的构造形式。背景值z (1) (k) 是GM (1, 1) 模型精度及适应性的影响关键因素。在[k, k+1]区间上对灰色微分方程进行积分得式 (6) , 灰色微分方程为式 (7) 所示:

对比上两式, 灰色模型误差是由于用z (1) (k) =[x (1) (k) +x (1) (k+1) ]来代替∫kk+1x (1) (k) 产生的, 背景值x (1) (k) 的分区间为[k, k+1], z (1) (k) 是通过矩形公式积分得到的。在[k, k+1]区间上的实际曲线x (1) (k) 与其相对应的面积通常都会比梯形面积小。在序列数据相对变化较小 (低增长指数曲线) 时, x (1) (k) 值和x (1) (k+1) 值十分接近, 即面积值与梯形面积比较接近, 因此采用梯形面积值作为z (1) (k) 值时, 灰色模型相对偏差较小, 即使用GM (1, 1) 模型。在序列的数据发生急剧变化 (高增长指数曲线) 时, 由于x (1) (k) 值与x (1) (k+1) 值有较大的差别, 会出现非常大的误差, 所以要建立与高增长序列相适应的预测模型。

为消除由此产生的误差, 设式 (8) :

由于灰色微分方程的白化微分方程的解为指数形式, 可设x (1) (t) 的解为x (1) (t) =AeBt, 其中A、B为待定参数, 将x (1) (t) =AeBt带入z (1) (k) =∫kk+1x (1) (t) dt得式 (9) 即为所求:

2.2 模型精度的检验

对灰色系统模型进行检验的方法通常有三种:相对误差检验、关联度检验和后验差检验。相对误差检验又叫残差大小检验, 是对模型拟合值和实测值的差值作逐点对比检验;关联度检验是将模型的拟合值与用来建模的数据序列的相似程度进行分析, 然后检验;后验差检验由后验差比值C和小误差概率P来共同描述, 是对残差分布的统计规律检验。灰色模型的拟合精度一般使用后验差检验。

计算残差得如式 (10) 所示。原始序列X (0) 的方差为S12, 残差序列E的方差为S22, 如式 (11) 所示:

计算后验差比如式 (12) 所示, 小误差概率如式 (13) 所示:

C和p是后验差进行检验的重要指标。通常情况下, 指标C越小模型越精确, 指标p值越大模型越精确, 然而p越大拟合值分布越均匀。通常根据C和p这两个指标就可以对预测模型的精度进行综合性的评估。而一把模型的精度分为四个级别, 如表2所示。

模型精度等级=Max{p的级别, C的级别}。若C、p在允许范围内, 则模型可认为是可靠的, 可以用这个模型来进行预测, 否则就要进行残差修正, 以保证模型的可靠性。

3 改进后的数据处理对比分析

通过原灰色系统理论对数据进行处理, 对实测的变形数据进行建模分析, 利用所得的灰色系统模型向后做15次预测, 与原始数据进行比较, 所的数据如表3所示。经过计算, 。由于原模型向后越远预测精度越不精确, 因此由前四十组实测数据所建立的灰色系统模型所达到的精度只有3级 (勉强) 。通过改进灰色系统理论对数据进行处理, 对实测的变形数据进行建模分析, 利用所得的灰色系统模型向后做15次预测, 经过计算, , 模型的精度为1级 (好) 。数据如表3所示。

通过表3可知, 在短期预测方面, 灰色系统模型和论文改进的灰色系统模型都有很高的精度, 但是对于向后的长期预测而言, 灰色系统模型的精度会迅速降低, 而改进的灰色系统模型对中长期预测有很好的精度。

4 结论

改进了灰色系统模型, 并使用改进后的模型对深基坑变形进行了预测, 主要结论如下:

1) 数据处理方法改进。用对数函数对原始数据进行变换, 变换后数据序列的光滑比和级比更符合灰色系统建模的要求, 进而建立非畸形的灰色系统模型。

2) 灰色系统模型的改进。对数据序列初始值的改进, 得到了新的预测公式。对灰色系统模型背景值的改进, 建立了与高增长序列相适应的预测模型。

3) 使用模型对深基坑变形进行了预测。实例表明在短期预测方面, 灰色系统模型和改进的灰色系统模型都有很高的精度。但是后继预测, 原模型精度会迅速降低 (3级, 勉强) , 而改进的灰色系统模型对中长期预测有很好的精度 (1级, 好) 。

参考文献

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深基坑支护结构变形规律研究 第3篇

随着城市建设的高速发展，人们对城市地下空间的利用率越来越高，深基坑引发的环境岩土工程问题日益受到人们的重视，使得这个理论研究、设计和施工都还不完善的课题成为业界的研究热点[1]。从工程角度来看，深基坑设计由最初的强度控制发展到今天的变形控制、系统控制，因而深基坑支护结构的变形规律研究对优化基坑设计具有重要意义，众多学者也对此进行了不同的研究。唐孟雄、陈如桂[2]等近几年来一直在进行基坑变形与环境影响关系方面的研究工作;王卫东等人[3,4]主要对基坑围护结构是地下连续墙的一类深基坑变形特性与性状进行了相关方面的研究;Peck、Clough与Long[5,6,7]等结合大量的实际工程，针对软土地区的基坑变形与场地周边地面的沉降规律进行了相关研究;江晓峰，刘国彬，张伟立等人[8]根据上海软土地区58个19 m以上超深基坑数据库，从墙后地表沉降和基坑围护结构水平位移两个方面进行了研究;贺俊，杨平，张婷[9]依托江阴市某深基坑支护工程，对该工程基坑变形规律进行了现场监测研究，重点对基坑中两个变形较大处进行原因分析。笔者将依托实际工程，采用有限元程序FLAC-3D对开挖过程中深基坑支护结构变形规律进行研究。

1 工程概况

武汉市轨道交通2号线循礼门车站位于京汉大道与汉口江汉路解放大道之间，平行于江汉路布设。车站东侧为京汉大道轻轨1号线桥梁区间;西侧为循礼门地下通道;西南侧距离基坑3.5 m左右处有地上3层、地下1层的大润发超市(基础类型为筏片基础);西北侧有30层武汉船舶工业公司大楼，距离基坑约53 m左右;东北侧有28层世纪大厦大楼(基础为桩基础)，距离基坑约13m左右;东南侧为一待开发空地，整体布局如图1所示。

1.1 场地工程地质条件

循礼门车站位于长江一级阶地前缘，地形平坦、开阔，地面高程20.8～25.0 m。长江一级阶地第四纪地层组合呈典型二元结构，即上层以粘性土为主，厚度在10～15 cm之间，邻江局部浅层有新近代粉土、粉砂，还有成片的淤泥质土;下层有三个亚层，即顶部粉土、粉砂与粉质粘土或淤泥质粉质粘土交互层，属典型的漫滩相沉积层;中下部为粉砂、细砂层，属河床相沉积层(第二亚层);底部为粗砾或卵石层(第三亚层)。属第四纪全新世(Q4)冲积层。各土层物理力学参数如表1所示。

1.2 支护结构

本站主体基坑选用800 mm厚地下连续墙结合内支撑的支护结构形式。地下连续墙用刚性工字钢连接，最大入土深度为50.8～53.1 m。

支撑体系的设计为标准段设置4道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑，其它三道采用钢支撑，第三道采用双拼支撑;盖挖段设计5道支撑，第二道采用钢支撑，其它均为钢筋混凝土支撑;顶板抬高段设置5道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑，2～5道设置钢支撑，第四道设置双拼钢支撑。钢支撑均采用直径A609mm，壁厚16 mm的钢管。为加强基坑的稳定性，在5个大的拐角处，设300厚C30混凝土角撑。

2 计算模型

基坑开挖完的模型如图2所示，模型共有29 816个单元，30 412个节点，2 465个梁单元，1 148个桩单元。

基坑的开挖采用FLAC-3D有限元程序提供的“生”、“死”来进行处理，通过分次“杀死单元”或“激活单元”来模拟地层的开挖及支撑安设等工序的进行，并改变参数，分别分析不同因素对基坑变形的影响。

3 计算结果分析

3.1 地连墙厚度对变形的影响

在其他参数不变的情况下将地连墙厚度取0.4m、0.6m、0.8m、1.0m分别进行建模分析，计算上述深基坑开挖结束时的情况，得出不同厚度地连墙的位移变化值，如图3所示。

由图3中位移随深度的变化曲线可以看出:当地连墙厚度从0.4 m增加到0.6 m时，地连墙的水平位移减小显著，当地连墙厚度从0.6 m增加到0.8 m，再从0.8 m增加到1.0 m时，水平位移减小的幅度降低。因此，增加地连墙厚度可以显著减小墙体的水平位移，但当地连墙厚度增加到一定程度时，再通过增加墙体厚度来减小位移的作用不大。

3.2 第一道内支撑刚度对变形的影响

第一道内支撑在基坑开挖过程中承受的轴力并不是很大，而且随着第二道内支撑施工完成后，第一道内支撑轴力开始降低，并且在基坑开挖后期几乎不再承受轴力，那么内支撑的刚度对于地连墙的水平变形应该不是很明显。下面将分四种情况讨论第一道混凝土内支撑截面面积从0.25A到2A的变化对地连墙变形的影响，其中情况3代表的是正常的截面面积。

图4是上述四种情况下地连墙最后的水平位移曲线。从这个图可以看出，四种情况下地连墙的最后水平位移几乎相同，最大值和最小值相差很小。因此，第一道内支撑加上预应力后，不论其刚度是大还是小，对地连墙水平位移均较小。

3.3 土体模量的影响

为了研究土体模型变化对支护体系变形的影响，取三种不同的土体模量来分析，分别取原来数据的0.5倍和2倍进行计算。有限元计算后地连墙的水平位移结果如图5所示。

从图5中可以看出，地连墙的最大位移随着土体模量的增加而明显减小;土体模量减小，地连墙的最大位移也非常明显的增大，这说明土体的模量对地连墙水平位移的影响是显著的，土体的模量参数是影响基坑变形的主要参数，增加土体的模量，可以很好的控制基坑的变形，因此加固基坑的软弱土层是控制变形行之有效的法。

4 结论

依托实际工程，通过有限元软件FLAC-3D对影响基坑支护结构变形的影响因素进行了分析，得到了如下结论:

(1)增加地连墙厚度可以显著减小墙体的水平位移，但当地连墙厚度增加到一定程度时，再通过增加墙体厚度来减小位移的作用不大。

(2)第一道内支撑加上预应力后，不论其刚度是大还是小，对地连墙水平位移均较小。

(3)土体的模量对地连墙水平位移的影响是显著的，土体的模量参数是影响基坑变形的主要参数，增加土体的模量，可以很好的控制基坑的变形，因此加固基坑的软弱土层是控制变形行之有效的方法。

参考文献

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深基坑变形监测的分析和研究 第4篇

变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下, 变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中, 最具代表性的变形体有深基坑、大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。变形监测的首要目的是要掌握变形体的实际性状, 科学、准确、及时的分析和预报变形体的变形状况, 对工程建筑物的施工和运营管理极为重要。变形监测涉及工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识, 它是一项跨学科的研究, 并正向边缘学科的方向发展。这里主要通过某钢铁企业热轧深基坑变形监测的实例对变形监测技术进行分析和研究。

1 项目背景

钢铁产业作为国家的支柱产业, 随着国民经济的发展和规划, 淘汰落后产能, 加速各钢铁企业重组和并购。其改造越来越频繁。施工建设项目也越来越多。其中深基坑项目更是比比皆是。该项目深基坑位于某钢厂热轧主车间B-C跨, 立柱31#-39#线之间, 平面尺寸约为12500mm×52900mm。开挖基坑东西两侧有高架行车轨道, 位于基坑西侧的5个行车立柱 (编号为31#-39#) 是最容易受开挖影响的基础, 应作为重点进行监测。基坑的围护结构形式为, 场地南、北、西三面用于挡土的是人工挖孔桩排桩, 桩径1000mm, 桩长15.5m-17m, 排桩顶部加做钢筋混凝土冠梁, 基坑东西方向加支撑钢管进行支护, 基坑形状呈近似矩形, 北侧开挖深度为-9.8m, 南侧开挖深度为-8.3m, 总开挖面积约为661.2m2。基坑采用采用人工挖孔灌注排桩和冠梁支护。该项目变形监测的精度等级为二级。监测主要目的是对地面建构筑物和坑边土体, 特别是对行车立柱的变形情况进行监测, 确保炼钢生产的正常进行。

2 深基坑监测与实施的方法

2.1 按现场情况, 此项目监测的基本内容为:

(1) 支护结构及行车立柱的垂直沉降监测; (2) 支护结构及行车立柱的水平位移监测; (3) 行车立柱的倾斜监测; (4) 支护结构的深层侧向位移监测; (5) 支撑轴力监测。 (注意:如果周边有其他建筑物, 则还要对其他建筑物进行水平位移、垂直位移、倾斜、挠度和裂缝观测。)

2.2 根据该工程支护设计及基坑周围环境, 监测项目和监测点可布置如下:

(1) 监测深层侧向位移的专用测斜管均埋设在支护排桩墙体内, 根据支护结构受力原理, 西测选4桩, 南北两侧各选1桩, 共选6处。测管编号为CX1-CX6; (2) 轴力测试点分别设在基坑东西方向5个支撑钢管的端点上, 共安装5个轴力传感器。编号为ZL1-ZL5; (3) 行车支柱倾斜观测5点 (Z1～Z5) ; (4) 行车支柱基础沉降观测5点 (J1～J5) ; (5) 行车支柱基础水平位移观测5点 (W1～W5) ; (6) 基坑支护结构水平位移及沉降观测8点 (S1～S8) 。

2.3 深层侧向位移测斜管捆扎在支护桩主筋上, 定向准确, 紧固可靠, 深达井底。

测斜管口做好测试标记, 要求清淅耐久, 容易识别;轴力计的安装应先将轴力传感器支架与支撑钢管 (Φ600mm) 串连焊接, 使轴力计支架园筒与支撑钢管同轴对中。把轴力传感器装在支架园筒内, 用螺丝定位, 与支撑钢管形成一体, 再整体吊起装于支撑部位;用于垂直沉降观测基准的水准基点必须设在开挖场地外围相对稳定、不受开挖场地周边影响而以便于进行观测的地方设定;准基点及位移、沉降观测均按《建筑变形测量规范》 (JGJ8-2007) 中的二级变形测量要求执行。

2.4 监测仪器的选型与精度必须满足下列要求:

(1) 深层侧向位移监测仪器采用的仪器要求技术成熟, 性能稳定, 不受环境保护因素干扰, 测试精度不低于0.1mm/500mm。 (2) 轴力计要求测量范围不低于0-1500KN。 (3) 水平位移监测采用的全站仪精度不低于DJ1型全站仪, 标称精度不低于为1″/1mm+2ppm。 (4) 垂直位移监测采用的水准仪精度不低于DS1型。 (5) 倾斜观测读数采用的坐标仪观测误差不超过1mm, 观测中数取值到0.1mm。

2.5垂直位移采用精密水准测量方法施测, 在施工区外埋设三个水准基点 (可利用已有点) 作为沉降观测的高程基准。

每隔一定时间对三个基准点进行稳定性检测和判断。再以此三点为基准对各垂直位移监测点进行监测。监测时水准路线的闭合差不超过1.0*√n (n为测站数) 。

2.6 根据现场的通视条件, 布设4个基准点 (RZ3、RZ4、K7、K6) 和2个工作基点 (K8、K1) , 施工的前、中、后期, 利用基准点对2个工作基点进行适当次数的稳定性检测。

在工作基点上采用极坐标法对各监测点进行水平位移观测。每个点用正、倒镜观测各3次 (直接读取坐标) , 正、倒镜坐标校差不得超过±2mm, 取其中数作为本次观测值。

2.7 倾斜观测采用正垂线法。

用直径约0.9m m的不锈钢丝锚固于五根行柱上端, 下端悬挂约20kg的重锤。为减小读数时因重锤晃动带来的误差, 下端用于稳定重锤的油箱中应装有粘性小, 不冰冻的液体。在底部观测墩上安置坐标仪按周期测出各点各个方向的变化量。上下标志高差量至0.1m, 每次用坐标仪量取两个分量 (x、y) , 每点每次观测读数6次, 读数较差不超过1mm, 中数取至0.1m m。

2.8

深层侧向位移监测测时在斜管口做好测试标记, 测试仪器沿测斜管导槽逐米放入管内, 以孔口标记为基准, 每米测一次, 直至孔底。每次测试结果与前次比较, 得出变形测量数据。

2.9

支撑轴力监测是通过用“钢弦式传感器测试仪”对安装在支撑部位的轴力计进行测试获取其频率值, 再根据公式P=K (f0-f测) 算得各点轴力值。

2.1 0 各监测项目在基坑开挖前测定初始数据, 不少于两次;

为了确保施工安全及轧钢生产的正常进行, 本工程采用信息法施工, 即根据监测提供的变形值来决定基坑开挖的进度, 随时予以调整。每次观测完毕后, 经过计算、检查和校对, 在24小时之内, 及时向监理和甲方提交各项监测报表;开挖初期约每2天观测一次, 开挖后期约每1天观测一次, 回填过程中约每3天观测一次。

2.1 1

工程设定警戒值和抢险值, 如果开挖过程中出现异常情况, 应及时通知相关人员, 并立即采取紧急应对措施。

2.1 2 此类变形监测工程至少要配备作业人员4名, 其中至少有一名工程师或者高级工程师。

全站仪至少配备一台1秒级全站仪。水准仪至少配备一台DS1级以上水准仪。工作中应及时向监理和甲方提交各项监测报表, 如果发现变形量较大或者接近甚至到达警戒值, 一定要马上进行再次检测, 确保观测数据和计算处理的准确性。并立即通知业主, 使业主实时掌握基坑变形情况, 及时召集各方人员调整基坑开挖进度和及时采取相应措施。

3 深基坑监测的变形分析

工程进行过程中要及时对变形监测数据进行处理, 数据处理完成后, 应绘制相应变形曲线图, 并结合曲线对整个变形过程和态势进行分析。当变形体上所有观测点或部分观测点的变形状况总体一致时, 可利用这些观测点的平均变形量建立相应的数学模型进行分析。当各观测点变形状况差异大或某些观测点变形状况特殊时, 应对各观测点或特殊观测的观测点分别建立数学模型进行分析。本工程的倾斜变形、垂直位移和水平位移分析初步表明, 除了Q3～Q5 (即35#～31#立柱) 倾斜变形累计量较大和Q4 (33#立柱) 垂直位移累计量较大 (均小于限差) 外, 其余倾斜、水平位移或垂直位移量都很小, 处于正常弹性变形状态。随着工程的逐步竣工, 其倾斜、垂直位移、水平位移速率越来越小, 其变形趋势逐渐消失。通过对该基坑深层水平位移和支撑轴力监测资料的分析, 各测点水平位移变化幅度均小于2mm, 个别点某天达到3mm, 均未达到报警值。轴力测试值均从初始预应力开始大多逐渐减小, 基坑开挖期间有的轴力虽有上升, 少数高于预施应力。ZL3最大值为232 KN。挖土过程中轴力没有显著增加, 多数呈下降趋势, 也从侧面说明围护结构稳固, 水平位移就不会出现大的变化。

4 结论

深基坑的变形分析及控制措施 第5篇

1 深基坑变形的特征

1.1 深基坑周围地表的沉降分析

1.1.1 地表沉降原因

基坑开挖后周边土体处于临空状态,原有的结构平衡遭到破坏,土体开始应力释放容易发生滑动剪切破坏,土体将变得松软压缩性增大,地基土在原有荷载作用下产生新沉降;另外,基坑开挖降水引起周边地下水位下降,形成以抽水井点为中心的降水漏斗,由于基坑周边土层地下水位降低,土体中的孔隙水压力消散,直接导致土体中有效应力增加,土体产生了新的固结沉降。

1.1.2 地表沉降的分布类型

地表沉降的分布形式可近似归纳为“三角形”和“抛物线”两种,前者最大沉降点位于基坑边,后者最大沉降点离基坑边有一定距离,如图1所示。但两种形式的产生条件目前尚无定论。

1.1.3 地表沉降的空间分布规律

1)基坑中部附近剖面的地表沉降量远大于基坑端部附近剖面的地表沉降量。

2)基坑中部附近剖面的地表沉降曲线可能是“三角形”也可能是“抛物线”,而基坑角点附近由于受到另一侧围护结构的支撑作用,其沉降分布形式常常为“抛物线”。

3)基坑中部附近剖面的沉降分布曲线曲率较大,即在这个区域内不均匀沉降较大。

1.2 围护结构的水平位移分布规律(以带内支撑的桩墙为例)

1.2.1 围护结构水平位移的空间分布规律

经很多工程研究表明,越靠近围护桩墙两端空间作用越明显,相反越靠近跨中空间作用越弱。

1.2.2 围护结构水平位移随时间的变化规律

1)在基坑各开挖步内,围护墙体位移随时间的延长而增加,这一点在软土地基中表现更加显著,所以要尽量缩短各分布开挖的时间。

2)在下一工况开始时围护结构的位移曲线紧邻上一工况结束时位移曲线的左侧,反映出在下一工况中由于新增加的支撑和预应轴力的约束,限制了位移的发展,使位移略有减小,但随着时间的延长,位移会逐渐增大,并随即超过上一工况结束时的位移值。

3)对于设内支撑的基坑,随着基坑的不断施工,围护结构最大位移会向下移动,位移最大值往往会出现在基坑开挖面附近,如图2所示。

1.3 坑底的回弹、隆起空间分布规律

一般在开挖初期,坑内土体大多处于弹性受力阶段,坑底隆起主要是卸载后的弹性回弹,基坑中部隆起量较大,靠近围护墙的坑底土体一定程度上回弹受到制约;随着开挖深度的增加,隆起量进一步加大。

2 基坑变形的影响因素

通过前人对基坑变形分析资料的分析和总结发现,同一基坑中,在满足强度控制设计和正常施工的前提下,围护结构的刚度、入土深度、支撑或锚杆道数和预应力、土体的变形模量这6个方面对基坑变形(基坑坑底隆起、支护结构位移、周边沉降)的影响较为显著,这其中以围护结构入土深度、支撑或锚杆道数和预应力因素尤为突出。

3 控制基坑变形的措施

3.1 基坑支护方案选择

1)水泥土搅拌桩技术。

水泥土搅拌桩技术一般认为是我国目前5 m以内基坑的首选支护形式,该技术既能挡土又能挡水,有时和钻孔灌注桩合用,适用于多种地质条件,比较经济。

2)土钉墙技术。

土钉墙技术是一种原位土加筋和强化的技术,它具有用料少、施工快、工程量小等优点;对场地土层适应性强,随基坑开挖逐层分段作业,基坑开挖完成时土钉墙就能做好。不适合在软土、松砂土或地下水丰富的情况下使用。

3)钻(冲、挖)孔桩、沉管灌注桩或钢筋混凝土预制桩。

对于5 m～10 m深软土基坑常用此法作为支护结构,基坑内必要时再加内支撑,如需防渗止水,则可辅之以深层搅拌桩作为止水帷幕,有时也用钢板桩或H型钢桩。

4)锚杆技术。

以其能为基坑开挖提供较广阔的空间优势在我国应用广泛。

5)地下连续墙。

基坑大于10 m时或紧邻其周围有非常重要的建筑物、地铁或其他重要设施需要严格控制基坑变形时,常常选择地下连续墙,地下连续墙既是挡土墙又兼作地下室的外墙,采用逆作法施工可缩短基坑开挖和支护结构大面积暴露的时间,改善了支护结构受力性能,使其刚度大为增强,使支护结构的变形及对相邻设施的影响大为减少,从而使总造价降低,是一种先进的施工作业方法。

6)SMW工法连续墙。

SMW是Soil Mixing Wall的缩写,该方法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌,在各施工单元之间采取重叠搭接施工,等水泥土未结硬前插入H型钢或钢板作为补强材料至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度、连续完整、无接缝的地下墙体。该方法近年来使用较多。

7)其他一些支护结构。

近年来又出现了其他的一些支护技术,如:闭合或非闭合挡土拱圈、连拱式支护结构、桩—拱围护体系、拱形水泥土槽壁结构等,这些可用于深基坑支护结构,相对而言其造价比普通的桩墙低。

3.2 注意应用时空效应原理[3]

时空效应理论是在土体流变性的基础上提出的,其施工原则是分层、分块、限时、对称、平衡。即根据基坑工程规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件,提出详细的、可操作的土方开挖分层、分块方案,限时开挖时间与无支撑暴露时间,并保证每次开挖时支撑体系的力学平衡。

3.3 利用信息化施工[1,2]

1)支护结构的监测。支护结构的监测包括支护结构桩墙顶位移监测、支护结构倾斜监测、支护结构应力监测、支撑结构应力监测、锚杆锚固力监测、土压力监测、土体孔隙水压力监测等。

2)周围环境监测。周围环境监测包括邻近建筑物的沉降观测、邻近道路和地下管线的沉降观测、边坡土体的位移和沉降观测、地下水位测试、裂缝观察、边坡土体的位移和沉降观测。基坑监测可以捕捉到开挖各工况下的信息。

3.4 适当的土体加固

对一些基坑变形不能满足要求的可适当对相应的土体进行加固,例如可对基坑周围的土体注浆加固,以减少周围建筑物、地铁、管道的侧移,同样也可以对坑底土采用压力灌浆、水泥搅拌桩、石灰桩等方法进行基坑底土体加固,以提高基底土的强度,改善其变形特性。

4 结语

深基坑开挖带来的较大变形,这不仅给基坑的安全性带来了影响,也给周围环境带来了危害。本文总结了深基坑变形的一般特征,并分析了基坑变形的影响因素,最后指出如何控制基坑变形的一些有效的方法,为深基坑的设计和施工提供参考。

摘要：通过对很多工程基坑变形的分析,探讨了深基坑变形的特征,总结出了支护结构周围地面的沉降、支护结构的水平位移及基坑底面土隆起的规律,并阐述了影响基坑变形的因素,最后提出了一些控制基坑变形的措施。

关键词：深基坑,变形特征,围护结构,变形控制,措施

参考文献

[1]唐孟雄,陈如桂,陈伟.深基坑工程变形控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:61-66.

[2]林鸣,徐伟.深基坑工程信息化施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:19-27.

[3]刘纯洁.时空效应原理在邻近地铁隧道的深基坑工程施工中的应用[J].建筑施工,1999,21(6):4-7.

宁波地铁深基坑的变形规律研究 第6篇

宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-Ⅷ标东环南路站基坑工程处于淤泥质黏土地质条件,由于宁波淤泥质黏土具有更强的压缩性和流变性[1],必须在开挖施工中进行详实、全面的监测,通过监测数据分析,指导现场开挖作业。

1 基坑开挖概况

1)东环南路站开挖施工涉及到地层①1-1层杂填土、①2层灰黄色黏土、①3层灰色淤泥质黏土、②2-1层灰色淤泥、②2-2层灰色淤泥质黏土。

2)东环南路站基坑全长303.1 m,标准段宽19.9 m,开挖深度为16.5 m;西端头井基坑宽22.0 m,开挖深度为17.6 m;东端头井开挖面为不规则的扇形,面积较大,开挖宽度最大为43.3 m,一般开挖深度为20.8 m。采用地下连续墙作为基坑围护。车站基坑平剖面图见图1。

3)车站坑底加固采用三轴搅拌桩进行,标准段采用抽条加裙边加固,端头井采用网格加固。标准段加固区宽度3 m,坑底至地面为弱加固区,水泥掺量7%,坑底以下3 m为强加固区,水泥掺量为20%,抽条加固区间距为6 m。

4)车站西端头井第1道为混凝土支撑、第2~5道为钢支撑,其中第4道支撑为双榀钢支撑;标准段第1道为混凝土支撑、第2~5道为钢支撑;东端头井第1~5道均采用混凝土支撑。

5)基坑开挖方式为分层分块纵向放坡开挖,开挖方向为两端头井至标准段相向进行开挖。控制每次土方开挖量为500 m3、开挖进尺6~8 m、分层厚度3 m左右。严禁超挖,控制每分块土方开挖的无支撑暴露时间在12 h以内。

2 基坑开挖监测分析

2.1 测点布置

东环南路站地下连续墙测斜孔的分布见图2。

2.2 测斜曲线

车站围护结构测斜采用美国生产的SINCO测斜仪进行监测,其读数分辨率可达0.02 mm。在车站西端头井、标准段及东端头井各选取了3个测斜孔对车站在不同阶段的变形情况进行说明。

1)西端头井。开挖深度为17.6 m,基坑宽度22 m,其墙体测斜最大累计值为56.09 mm。在西端头井开挖过程中,围护结构变形逐渐增大,测斜曲线呈现“弓形”,变形量发展最快阶段是在土方开挖收底阶段,每条测斜曲线的最大变形量随基坑开挖深度的增加而逐渐下移。开挖到底后,基底以上的围护结构变形量基本保持稳定,基底以下围护结构变形仍在发展。

2)标准段。东环南路站标准段开挖深度为16.5 m,其墙体测斜累计最大值为137.82 mm。在标准段开挖过程中,由于受基坑“长边效应”的影响及基坑暴露时间的不同,基坑南北两侧对称布置的测点变化情况基本相同,但沿长边方向各个测点的累计变形量不同,位于基坑中部的测点累计变形量最大。测斜曲线也呈现“弓形”,变形量发展最快阶段同样是在土方开挖收底阶段,每条测斜曲线的最大变形量随基坑开挖深度的增加而逐渐下移,最终最大变形量均在坑底以下4 m左右[2]。

3)东端头井。开挖面为不规则的扇形,面积较大,开挖宽度最大为43.3 m,开挖深度为20.8 m,支撑体系采用5道混凝土支撑,墙体测斜累计最大值为75.09 mm。在东端井开挖过程中,因采用了5道混凝土支撑,在前期开挖阶段基坑变形量很小,变形量发展最快阶段同样是在土方开挖收底阶段。由于混凝土支撑抗变形能力很强,虽然东端井为异形基坑,但最终累计变形量不大。测斜曲线也呈现“弓形”,最终最大变形量同样也在坑底以下4 m左右。

2.3 监测数据

1)各测点测得的最大变形量见表1。

2)开挖每层土体时,地下连续墙墙体测斜数据见表2。

2.4 监测分析

1)由于本基坑长度为303 m,开挖周期长达半年之久,且整个基坑未设置封堵墙,长边效应非常显著;虽然标准段开挖深度较浅,但由于在开挖过程中,有支撑暴露时间过长及基坑长边效应显著,标准段的测斜累计变形量最大,达138 mm。

2)虽然东端头井为不规则的扇形,开挖面积较大,开挖宽度最大为43.3 m,开挖深度为20.8 m,但由于东端头井基坑围护结构为厚1 m的地下连续墙,支撑体系采用5道混凝土支撑,围护及支撑体系整体刚度及稳定性较强,因此,开挖完成后的地下连续墙最大累计测斜变形量为75 mm,小于标准段的变形量。

3)西端头井基坑围护结构为厚0.8 m的地下连续墙,支撑体系为第1道混凝土支撑,其余4道为φ609 mm钢支撑,其中第4道支撑为双榀支撑。由于西端头井为最先开挖的区域,从开挖第1层土至开挖到底仅用了35 d,有支撑暴露时间最短,因此,地下连续墙测斜累计变化量最小,仅为56 mm,远远小于标准段的变形量。

4)由于坑底广泛分布(2)2-2淤泥质黏土,在土方开挖收底阶段,虽在开挖方法上采取了多种措施,但仍很难控制基坑变形,且收底阶段变形速率迅速增大(见表3),累计变形量随暴露区域长宽比例增大而增大。

3 基坑变形规律

通过对29个测斜孔墙体水平位移数据的整理和分析,可得出该基坑变形规律如下。

1)沿基坑轴向对称的两侧测孔的数值偏差较小,变形曲线的形状非常相似,符合对称分布的规律。

2)对于同一个测孔,随着基坑开挖深度的增大,土体发生最大变形量的深度逐渐下降。在基坑开挖基本完成时,土体的最大水平位移出现在深度为14~24 m的范围,其中大多数测孔测得的最大土体水平位移位于20 m附近,此时基坑开挖深度在16 m左右。这说明了在宁波这种欠固结软土地区,基坑变形的累计最大值在坑底以下3~4 m的区域。

3)在基坑开挖过程中,对每日的围护结构变形情况进行分析后,可以看出基坑开挖到预定深度后,土体位移出现一定的波动,少数测孔测得的土体水平位移出现往坑外移动的趋势。这种波动与现场的支撑状况、周边施工荷载等有一定的关系,很难从理论上计算出来,但波动范围较小,可认为处于稳定状态[3]。

4)无支撑暴露时间与基坑变形高度成正比的关系。有支撑暴露时间同样与基坑变形高度成正比,从理论角度看,利用土体控制地下连续墙变形比利用钢支撑效果明显[4]。

5)混凝土支撑相比钢支撑,具有受力稳定、刚度大的优点,故对其相应部位的变形控制较好。如在测点CX6下方增设第4道混凝土支撑前,周边开挖第5层土时,其变化速率为6.17 mm/d,增设混凝土支撑后,其变化速率为2.91 mm/d,减少幅度达52.8%。

4 结语

通过对宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-Ⅷ标东环南路站在开挖过程中的基坑变形分析,得出的结论可供类似条件的基坑开挖作参考。

1)在欠固结软土地区的深基坑工程,应特别重视坑底加固、围护结构插入比及支撑的形式,是控制基坑变形关键因素。

2)应控制基坑开挖时的无支撑暴露时间,并尽可能地缩短有支撑暴露时间。宽大基坑应合理地设置封堵墙,以减少长边效应对基坑变形及周边环境的影响。

3)可根据基坑变形与挖土深度成一定的线性对应关系进行基坑变形的预测,以提前采取相应措施控制基坑变形。

4)实时监测,建立数字化的监测数据管理平台,对各项监测数据能够实时采集和管理,这样更加有利于分析现场工况与基坑变形间的关系。

参考文献

[1]刘用海.宁波软土工程特性及其本构模型应用研究[D].杭州:浙江大学,2008.

[2]郑荣跃,曹茜茜,刘干斌,等.深基坑变形控制研究进展及在宁波地区的实践[J].工程力学,2011(28):38-53.

[3]高立新,王强,李国杰.地铁车站深基坑变形规律现场监测[J].铁道工程学报,2011(11):112-116.

排水泵站深基坑开挖与变形监测分析 第7篇

本工程位于天津市滨海新区, 包括地上主机房和地下泵房两个部分, 设计流量为3.64 m3/s。泵站地上主机房为两层, 高约10 m, 其上布置有起重设备;地下集水池基坑工程主体深度为8.6 m, 长度为28.0 m, 宽度为11.0 m。泵站基础形式采用筏板式, 底板厚为0.8 m。现场自然地面标高为6.700 m, 泵站底板下皮标高为-1.760 m。

2 地质条件及周围环境

2.1 地质概况

场区内岩土根据时代特征、成因类型及土层的物理力学指标在揭露范围内主要分为四大层, 分别为杂填土层、淤泥质粘土层和粉质粘土层 (根据物理力学性质不同分为两层) , 各土层的厚度及承载力特征值等详见表1。泵站底板下土层为淤泥质粘土层, 地基承载力特征值为70 k Pa;地下连续墙持力层为粉质粘土层, 其地基承载力特征值为120 k Pa。

2.2 水文地质条件

场区内地下水为潜水, 其主要补给来源为海水渗透和大气降水, 埋藏深度为自然地面以下0.7 m。地下水对混凝土无腐蚀, 但对钢筋混凝土中的钢筋 (长期浸水) 具有Cl-弱腐蚀性, 干湿交替时具有中等腐蚀性。

2.3 周围环境条件

基坑东侧距北港池约700 m, 由于海水的渗透场区内地下水较为丰富;南侧的隔离围墙及电缆沟与基坑之间的最短距离仅为6 m, 极易受基坑开挖的影响而出现倾斜、坍塌的现象;西侧为进港路, 距基坑约175 m;北侧为矿石堆场, 堆高约为10 m, 堆场南侧边缘距基坑约为30 m, 对基坑周围土体深层水平位移的影响较大。基坑监测点布置如图1所示。

3 支护方案

由于基坑开挖高程范围内土质较软, 考虑到基坑南侧距围墙和电缆沟较近且北侧又为矿石堆场, 为不影响周围建筑物及保证基坑开挖过程的施工安全, 采用地下连续墙作为开挖过程中的围护结构, 施工完成后连续墙将作为泵站集水池的外墙使用。地下连续墙厚度为0.8 m, 深度为22.00 m, 墙底标高为-15.3 m。为减少开挖过程中墙体的水平位移, 在基坑内还设置了2层水平钢支撑, 支撑中心分别在标高3.700 m和0.900 m处。

4 基坑监测方案

为确保工程安全、顺利的完成, 必须对基坑的施工过程进行监测。通过现场监测及时掌握基坑变形情况和基坑对周边环境的影响, 以便迅速调整施工方案, 达到有效指导施工, 避免发生安全事故的目的。

1) 监测内容。根据规范要求及工程的实际情况, 具体监测内容为:地下连续墙顶水平位移、水平钢支撑轴力、电缆沟表面沉降、基坑周围地下水位和基坑周围土体深层水平位移。基坑监测点平面布置图如图1所示。

2) 监测频率。监测工作在基坑开挖至模板拆除后基坑变形稳定期间进行。监测频率为基坑分级开挖至模板拆除之前1 d监测1次;模板拆除后为2 d监测1次。监测期间若遇到监测数据突变或降雨较大时, 基坑分级开挖至模板拆除之前监测频率加密至1 d监测2次;模板拆除后加密至1 d监测1次。

3) 监测报警值。根据基坑监测支护要求及结合工程实践经验, 监测报警值指标以累计变化量和变化速率两个量进行控制。本工程监测报警指标如表2所示。

5 监测结果分析

5.1 地下连续墙顶水平位移

根据规范和设计要求, 在基坑周围的地下连续墙顶部共布置了24个监测点。基坑开挖后各监测点水平位移均呈现向基坑内变化的趋势, 并且随着基坑开挖深度的增加累计水平变化量也逐渐增加。在开挖过程中, 基坑北侧地下连续墙顶端观测点在堆场的荷载作用下产生了较大的侧向位移, 而南侧在影响范围内地表无较大荷载影响, 因此北侧监测点水平位移值较南侧相对应监测点水平位移值大。图2为北侧上层水平位移监测点累计水平位移量与相对应时间的变化曲线 (水平位移方向以向基坑内变化为正) 。其中5月2日~8月9日为基坑的三级开挖和底板浇筑过程的变化情况, 8月9日~8月26日为下层水平支撑拆除后的变化情况。从图2中可看出, 监测点水平位移对基坑的每一级开挖反应都较灵敏, 当开挖停止后出现了不同程度的反弹, 最后表现出水平位移值保持稳定的情况。从图中还可以看出处于几何中心的几个观测点水平位移值都比其他观测点的位移值大, 其中B3点累计水平位移变化最大, 累计变化值为14 mm;其次为B4和B5点, 累计水平位移分别为13 mm和11 mm;B1和B9两个观测点由于受到横向连续墙的托顶, 累计水平位移变化值最小, 为2 mm。

5.2 水平支撑轴力

基坑水平钢支撑分为上下两层, 布置形式见图1。选取上层钢支撑中几个典型监测点的支撑轴力曲线绘制如图3所示, Y3~Y6的轴力监测从6月6日上层支撑预加压力后开始, 此时的测值为初始轴力值变化比较稳定;至6月10日基坑进行第二级开挖, 监测到所有监测点水平支撑轴力值均迅速增加, 其中Y4的轴力值达到最大, 支撑轴力为3 247.3 k N;随后预加下层水平支撑压力, 上层支撑轴力值显示为直线减小;然后进行基坑的第三级开挖, 上层支撑轴力值继续增加, 但随着底板的浇筑轴力值逐渐减小;下层钢支撑拆除后上层支撑轴力值又有一定的增加, 最后轴力值逐渐趋于平稳。

5.3 电缆沟表面沉降

根据基坑监测要求, 在电缆沟沿线布置了5个沉降观测点, 具体布置详见图1。图4为各观测点累计沉降量与时间的关系曲线。根据图4可知, 基坑开挖后电缆沟沉降总体呈下降趋势。其中观测点T3的累计沉降量最大, 沉降值为13 mm, 这主要是由于T3距泵站基坑中心较近, 所以基坑开挖时对监测点的影响比较大, 从而产生了较大的沉降变化。另外各监测点前期都产生了一个较大的沉降变化, 在监测过程中受施工和降雨的影响, 沉降变形出现过一定范围的波动及反弹现象, 但总体上是以沉降为主。后期随着较深的基坑的施工完毕, 各监测点沉降变形速率逐渐变小并趋于稳定。

5.4 地下连续墙外地下水位

根据水位观测数据绘制出水位与时间变化曲线如图5所示, 由图5可知随着基坑开挖及基坑内降水, 基坑周围地下水位均显示出下降的趋势。由于S2水位观测点距基坑最近, 图中显示其累计水位变化最大, 累计下降量为707 mm。图中还显示8月16日和9月8日累计水位先后出现了两次水位直线上升的现象, 这是因为这两天发生了较大的降雨, 地下水得到了大气降水的补充;但是水位抬升后又很快回落到降雨之前的水位, 由此可见场区内土层的渗透性较好。

5.5 基坑周围土体深层水平位移

随着基坑开挖深度的增加, 基坑土体深层水平位移也逐步增加。图6中土体深层水平位移曲线为泵站北侧的CX1监测点在施工过程中相应各阶段的土体变形情况。1阶段~3阶段为基坑三级开挖时的土体深层水平位移曲线, 4阶段~6阶段分别为拆除下上两层钢支撑后的土体深层水平位移曲线。从图中可以看出挖土时基坑周围土体深层水平位移变化较大, 底板浇筑完成后深层土体位移变化较小。最大累计深层水平位移出现在地面以下1.0 m处, 位移值为73.5 mm, 处于安全报警的临界状态。

6 结语

由于本工程水文、地质条件差, 周围环境复杂且对基坑变形的要求较高, 为确保施工安全, 对基坑开挖的整个过程进行了实时监测。通过对基坑的监测, 及时捕捉到了施工中的细微变化, 取得了大量有用的信息并及时反馈指导施工, 达到有效控制施工的目的, 取得了较好的社会和经济效益。

参考文献

[1]张保志, 周龙翔, 蓝媚.广州黄沙某基坑监测成果分析[J].华南地震, 2014, 34 (1) :62-65.

[2]宋建学, 郑仪, 王原嵩.基坑变形监测及预警技术[J].岩土工程学报, 2006 (28) :1889-1891.