王 夢，孔德志

（河南大學土木建筑學院，河南 開封 475004）

本文以開封市晉開·四季城基坑項目為例，根據(jù)監(jiān)測結果結合基坑變形理論，采用最小二乘法對圍護頂水平位移和土體深層水平位移分別進行多項式和指數(shù)函數(shù)擬合，提出時間對基坑圍護頂位移的影響規(guī)律及深層位移隨深度的分布特征，利用本文擬合結果能夠對基坑施工過程中對基坑變形的發(fā)展進行預測，并采用相應控制措施，確?；邮┕ぐ踩?。

1 工程概況

晉開·四季城A區(qū)二期項目地下部分總建筑面積為 35735．775m2，地下車庫基底面積為21437．57m2，基坑總面積約 22042m2，場區(qū)經(jīng)整平后，地面地形稍有起伏，場區(qū)無建筑物。本工程基坑平面呈不規(guī)則多邊形，南北長約173m，東西寬約162m，主樓基坑開挖深度約10．5m，局部集水坑及電梯井位置落差約2．5m。

2 場地地質與水文地質情況

根據(jù)《晉開·四季城A區(qū)二期巖土工程勘察報告》，擬建場地屬于黃河沖積平原區(qū)，場地經(jīng)人工整平后，場區(qū)地表地形稍有起伏，地貌單一。擬建場地基土層分布情況如下：①層粉土，層厚 2．0～3．0m，平均層厚 2．71m；② 層粉砂，層厚 3．5～5．9m，平均層厚 4．54m；層底埋深 6．3～8．6m；平均層底埋深7．25m；③層粉土，層厚 0．5～2．6m，平均層厚1．42m；層底埋深 8．0～9．5m；平均層底埋深8．66m；④層粉土，層厚 1．0～2．0m，平均層厚1．49m；層底埋深 9．8～10．5m；平 均層底埋 深10．15m；⑤層粉質黏土夾粉土，層厚 3．5～5．5m，平均層厚 4．28m；層底埋深 13．8～15．8m；平均層底埋深 14．44m；⑥層粉土，層厚 2．2～4．5m，平均層厚3．64m；層底埋深 17．5～19．0m；平均層底埋深18．09m；⑦層粉質黏土，層厚 1．5～3．1m，平均層厚2．37m；層底埋深 20．0～21．0m；平均層底埋深20．45m；⑧層細砂，層厚 14．8～15．2m，平均層厚14．96m；層底埋深 35．1～35．5m；平均層底埋深35．35m。

根據(jù)地勘報告，本工程場地地下水位埋深2．30～3．00m，基準期內年平均最高水位埋深約 1．0m。屬第四系松散巖類孔隙潛水，地下水補給方式主要為大氣降水并且水位隨季節(jié)的變化而不同，年變化幅度1．0～2．0m，本場地環(huán)境類型為Ⅱ類。

3 監(jiān)測方案

本工程采用極坐標法水平位移監(jiān)測，此方法簡便、高效、精度可靠，因而在樁頂水平位移監(jiān)測中應用極為廣泛。樁頂水平位移監(jiān)測點的埋設應該符合JGJ8—2016《建筑變形測量規(guī)范》的有關規(guī)定。通常情況下，基坑監(jiān)測應設置位移基準點。特等和一等的基準點數(shù)不應少于4個，剩下的等級不少于3個。樁頂位移監(jiān)測點沿基坑周邊布置，監(jiān)測點水平間距不宜大于20m。

本工程采用鉆孔埋設方法。測斜監(jiān)測點一般布置的位置通常在基坑平面的撓曲計算值最大處，監(jiān)測點水平間距的設計值為20～50m，每邊監(jiān)測點的數(shù)目不少于1個。除測斜點布置間距需注意外，測斜管的埋設深度也需要考慮在內，測斜管深度應大于圍護頂入土深度并且不宜小于基坑開挖深度的 1．5倍。

本工程深層土體位移測孔有 6個，圍護頂水平位移布設31個監(jiān)測點。監(jiān)測時間從2017年2月至2017年6月。在基坑開挖及挖至設計底標高進行監(jiān)測，共進行130次監(jiān)測，提供階段報告107期。監(jiān)測點布置如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點平面布置

4 監(jiān)測結果分析

4.1 圍護頂水平位移監(jiān)測和分析

本工程共布設了30個基坑監(jiān)測點，用以研究圍護頂水平位移。本研究只取截水帷幕＋樁錨聯(lián)合支護結構的剖面進行分析，因此選取其中的12個監(jiān)測點分析研究。圍護頂各測點水平位移隨時間變化的曲線如圖2所示。

圖2 圍護頂水平位移隨時間的變化曲線

從圖2可看出，JK8、JK11這2個測點圍護頂水平位移較大，最大值分別為 47．76，51．41mm；JK1、JK2這2個監(jiān)測點圍護頂水平位移較小，最大值分別為39．72，39．99mm。其余測點的圍護頂水平位移最大值集中在42～45mm，可看出圍護頂?shù)乃轿灰齐S時間變化可分為4個階段。

1）第一階段是從2月20日到3月26日 這一階段是從基坑開挖開始到第1道錨桿張拉之前。由于這期間開封下了幾場大雪，加之工地響應開封市揚塵治理的要求，所以進度緩慢。這個過程開挖深度較淺，開挖速度較慢，各樁水平位移呈懸臂狀態(tài)，而且樁頂水平位移較小且發(fā)展緩慢，每天的監(jiān)測位移都在5mm以內。每個監(jiān)測點的累計位移量都在5～7mm。

2）第二階段是從3月27日至4月2日 這一階段從第1道錨桿張拉到第2，3道錨桿張拉前。這一階段由于天氣較好，施工安排合理，所以開挖速度較快，開挖深度較大，樁頂水平位移變化較大，增長較快，每天的監(jiān)測點位移都以2～3mm的速度增加。其中JK8的累計位移量最大值達22．82mm。

3）第三階段是從4月3日至5月30日 這一階段是第2，3道錨桿施工階段。由于錨桿的約束作用，位移得到很好的控制，因此這一階段的位移增長曲線平緩下來，由此可見錨桿對于控制樁頂位移起著至關重要的作用，這也是現(xiàn)在基坑支護中大多采用樁錨支護的原因。

4）第四階段是在5月30日以后 這一階段第3道錨桿已張拉完畢，基坑開挖也已完工。在這個過程中，由于錨桿的約束作用，加上土體卸荷已基本完成，土壓力基本達到穩(wěn)固狀態(tài)，因此樁頂水平位移逐漸趨于穩(wěn)定。

由此可看出，樁頂水平位移的變化與基坑開挖深度、開挖速度、錨桿張拉及張拉時間等因素有很大關系。由分析可知，開挖深度越大、開挖速度越快且沒有錨桿張拉的情況下，樁頂水平位移隨時間變化就越快，但在設置錨桿的情況下，會大大縮減樁頂水平位移的變化量。因此在基坑開挖過程中應做好錨桿張拉工作，減少樁頂水平位移的變化量。

4.2 土體深層水平位移監(jiān)測和分析

本文選取 CX1、CX4、CX5、CX6共4個測斜孔進行研究。隨著基坑開挖，位移量緩慢增加，在開挖至設計深度后，土體變形達到最大值，并在后期基本趨于穩(wěn)定。測斜日變化量報警值3mm／d，累計報警值60mm，由土體深層水平位移曲線可知，CX1、CX4、CX5、CX6的測斜日變化量和累計變化量都在標準要求之內。其中4月11日CX1位移表現(xiàn)出明顯的負值，方向朝基坑外位移，或是因為基坑剛開始開挖造成土體突然的附加沉降引起。在土體開挖初期，水平位移曲線沿深度方向近似呈直線變化，且位移較小，樁頂位移大，底部位移小。隨著開挖深度的增加，在錨桿未完全張拉之前，土體位移變化較快，但樁頂位移變化最大，最小位移發(fā)生在基坑底部。隨著錨桿施工完畢，土體位移變化慢慢減小，在土體和錨桿的共同作用下，土體位移變化不再顯著增加，經(jīng)過后期的沉降作用，土體位移趨于穩(wěn)定。該檢測結果及其表現(xiàn)出來的規(guī)律趨勢很好地反映了施工過程中基坑開挖和錨桿張拉對土體深層水平位移的影響。

5 最小二乘法擬合基坑位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

已知離散數(shù)據(jù)（xi，yi），i＝0，1，2，．．．，m，如果擬合的函數(shù)是f（x），將xi代入這個擬合函數(shù)得到函數(shù)值yi*＝f（xi），因為 yi的具有不準確性，所以在每一點都會產(chǎn)生1個誤差：δi＝y(tǒng)i*－＝f（xi）－i＝0，1，2，．．．，m．所求的 f（x），是使其在每一個 xi處所產(chǎn)生的誤差δi的絕對值｜δi｜都能達到最小。但是這樣太困難，所以考慮整體誤＝，使整體誤差達到最小。

用這種方法得到擬合曲線 y＝f（x）的方法，就稱之為曲線擬合的最小二乘法。按照上述思想求f（x）的擬合曲線，首先需要確定的是 f（x）所屬的函數(shù)類別，然后再進一步求出具體函數(shù)。

5.1 多項式進行監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合

用多項式進行監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合，以5月17日CX6測點為例，進行土體深層水平位移隨深度變化數(shù)據(jù)的擬合。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)，得到的監(jiān)測結果如表1所示。

通過數(shù)據(jù)擬合，得到的擬合函數(shù)為：s＝13．19－0．73z－0．0085z2，由所得的擬合函數(shù)和實測數(shù)據(jù)作圖，如圖3所示。

圖3 實測數(shù)據(jù)與擬合函數(shù)曲線

由圖3可看出擬合函數(shù)和實測數(shù)據(jù)得到的趨勢幾乎一樣，這說明數(shù)據(jù)擬合是符合的。從圖3中可看到在開挖初期和中期出現(xiàn)了一定偏差。在開挖初期由于樁錨未及時支護，又恰逢降雨降雪，所以在這段時期的實際位移監(jiān)測值比理論值偏大。在開挖中期，由于錨桿的及時張拉使基坑位移的速度減緩，所以在這一階段基坑位移的實際監(jiān)測值小于理論值。后期的基坑位移基本上在可控的范圍內。所以，對于基坑開挖，要選擇適宜的天氣進行，盡量避免雨雪天氣施工，并且要及時張拉錨桿，以減小基坑位移帶來的安全問題。

5.2 指數(shù)函數(shù)進行監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合

以JK1為例進行圍護頂水平位移隨開挖深度變化數(shù)據(jù)的擬合。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)，得到的監(jiān)測結果如表2所示。

表2 JK1圍護頂水平位移監(jiān)測結果

通過數(shù)據(jù)擬合，擬合函數(shù)為：s＝2．48e0．31z。由所得的擬合函數(shù)和實測數(shù)據(jù)作圖，如圖4所示。

表1 CX6土體深層水平位移監(jiān)測結果

圖4 實測數(shù)據(jù)與擬合函數(shù)曲線

由圖4可看出擬合函數(shù)和實測數(shù)據(jù)得到的趨勢幾乎一樣，這說明數(shù)據(jù)擬合是符合的，同樣可看出圍護頂水平位移隨開挖深度的增加而變化的規(guī)律曲線，實際監(jiān)測曲線和理論曲線基本一致，但實際監(jiān)測的位移值都稍大于理論計算的位移值。這是因為在基坑開挖過程中不僅受到天氣的影響，而且受施工工藝和施工進度計劃安排的干擾使樁錨支護不及時，圍護頂水平位移偏差較大。但在后期施工中，由于基坑開挖支護已經(jīng)完成，所以土體位移逐漸穩(wěn)定。這說明樁錨支護取得了一定的成果，減小了基坑位移，對于基坑安全起到防護作用。

6 結語

1）基坑支護結構水平位移大多出現(xiàn)在基坑開挖階段。因此才需對基坑支護樁頂水平位移和土體深層水平位移進行監(jiān)測，并對其數(shù)據(jù)進行處理。

2）通過基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出，在基坑開挖初期，基坑位移變化一般不大，隨著基坑開挖深度的增加，位移變化量才逐漸變大，并且開挖速度越快基坑變形也越大。因此，在基坑開挖過程中，需要合理安排施工進度。

3）深層土體水平位移的最大處多發(fā)生在基坑表面，最小處發(fā)生在基坑坑底處。在基坑開挖初期位移變化較小，隨著基坑開挖深度的變化，基坑位移變化較大，但隨著錨桿的張拉，對基坑變形起控制作用，應及時張拉錨桿。所以在基坑開挖過程中，開挖速度和張拉錨桿的時間對基坑位移起著很重要的影響。

4）對基坑開挖階段的水平位移進行數(shù)據(jù)擬合，得到在開封地區(qū)普遍適用性的位移變化規(guī)律的公式，對該地區(qū)的深基坑開挖具有參考作用。