李 垚，李 峰，孫澤宏

(1.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源工程系，安徽淮南 232001; 2.陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司, 西安 710075)

深基坑支護(hù)是基礎(chǔ)工程地下工程中的一個(gè)綜合性課題，也是巖土工程中的難題。采用信息化施工技術(shù)，通過(guò)跟蹤采集施工活動(dòng)中各種信息，加工處理并與預(yù)測(cè)值相比較，及時(shí)可靠的預(yù)測(cè)施工中可能遇到的問(wèn)題，使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理，施工快捷、安全的目的。

1 信息化施工技術(shù)

信息化施工技術(shù)基本思路是：在施工中跟蹤采集有關(guān)的信息，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算模型分析加工處理，與預(yù)測(cè)結(jié)果相比較，得到較為全理的相關(guān)參數(shù)，預(yù)測(cè)下一施工階段支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，及對(duì)鄰近設(shè)施的影響程度，以便能及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)或采取措施，防患于未然。

信息化施工技術(shù)主要由兩部分組成：信息的采集和信息的分析與反饋(圖1)。

1.1 信息的采集

信息的采集通常是通過(guò)設(shè)置于支護(hù)結(jié)構(gòu)、土體及鄰近建筑物中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于變形、作用力及基坑周圍環(huán)境變化是土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用最直接觀的反映，因此信息采集對(duì)象主要為擋土樁(墻)、支撐結(jié)構(gòu)(土層錨桿)、鄰近建筑物、基坑周邊及自然環(huán)境等，監(jiān)測(cè)內(nèi)容涉及以下幾個(gè)方面：

1)基坑周邊土體的位移與沉降量。

2)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量。

3)支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化。

4)地下水水位變化。

5)作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力。

6)鄰近建筑物及設(shè)施的變形。

7)基坑基底回彈量。

8)自然環(huán)境變化對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

9)支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本試驗(yàn)(包括材料試驗(yàn)、錨桿試驗(yàn)、抽水試驗(yàn)等)。

信息采集除現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查外，主要利用測(cè)量?jī)x器來(lái)實(shí)現(xiàn)，常用的儀器有水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)斜儀、鋼筋計(jì)、土壓力計(jì)、水壓力及水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)儀等。

圖1 信息化施工組成部分Figure 1 Components of informationalized construction

無(wú)論采用何種儀器、任何方法采集監(jiān)測(cè)信息，均應(yīng)滿足一定的技術(shù)要求。首先，觀測(cè)必須有一定的計(jì)劃和目的，在基坑工程施工前制定詳細(xì)、周密的監(jiān)測(cè)計(jì)劃，明確監(jiān)測(cè)所要達(dá)到的目的；其次，監(jiān)測(cè)的方法、頻率和測(cè)點(diǎn)的布置必須合理，所施用的儀器和精度滿足有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。此外，由于基坑開挖是一個(gè)動(dòng)態(tài)的施工過(guò)程，監(jiān)測(cè)必須及時(shí)，并根據(jù)環(huán)境及施工條件的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，只有這樣才有利于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)采取措施。

1.2 信息處理與分析

眾所周知，深基坑施工過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此，采集的信息應(yīng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提交監(jiān)測(cè)成果，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理。分析成果通常包括如下幾方面的內(nèi)容：

1)擋土樁(墻)的位移時(shí)程曲線。

2)擋土樁(墻)頂?shù)奈灰茣r(shí)程曲線。

3)擋土樁(墻)的內(nèi)力及彎矩變化時(shí)程曲線。

4)樁(墻)后土壓力分布曲線。

5)樁(墻)后土壓力與擋土結(jié)構(gòu)位移曲線。

6)邊坡土體位移與基坑開挖深度、氣候變化等因素的時(shí)程曲線。

7)鄰近建筑物沉降及水平位移時(shí)程曲線。

8)土層錨桿有關(guān)試驗(yàn)曲線及其內(nèi)力、位移變化曲線。

9)地下水水位、降水井涌水量時(shí)程變化曲線。

利用上述分析成果，通過(guò)反演分析得到有關(guān)參數(shù)和結(jié)果，再與設(shè)計(jì)計(jì)算值、容許值比較，以便預(yù)測(cè)施工中存在的問(wèn)題，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)和施工單位，調(diào)整和優(yōu)化施工設(shè)計(jì)。

2 應(yīng)用實(shí)例

在具體的深基坑支護(hù)工程應(yīng)用中，隨場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和施工環(huán)境不同，所要考慮和解決的問(wèn)題重點(diǎn)和信息的采集內(nèi)容也不相同。以下工程實(shí)例，就信息化施工技術(shù)與深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工、地下水分析應(yīng)用做一介紹。

2.1 工程概況

某深基坑工程位于北京市宣武區(qū)白廣路二條一號(hào)，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合院內(nèi)，擬建建筑物主樓20 層，高80m，框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深17.5～18.5m?；哟┰酵翆幼陨隙乱来螢椋喝斯ぬ罘e層(5.5m)、砂質(zhì)粉土層(2.5m)、細(xì)粉砂層(5.25m)、卵石、圓礫石層(4.5m)、細(xì)粉砂層(2.5m)、卵石、圓礫石層(>10m)。該工程?hào)|側(cè)緊鄰新建高層辦公大樓、蓄水池及五層舊辦公樓，西側(cè)緊鄰鍋爐房煙囪，且基坑四周圍地下管線復(fù)雜(圖2)，對(duì)邊坡變形控制要求較高。

圖2 場(chǎng)地平面圖Figure 2 Site plan

2.2 施工設(shè)計(jì)方案

由于基坑四周緊鄰重要建筑物和對(duì)不均勻沉降較為敏感的高聳煙囪、水池等構(gòu)筑物(最近的距基坑邊僅1.85m)。因此，基坑施工不能對(duì)原有建筑物基礎(chǔ)持力層產(chǎn)生擾動(dòng)，嚴(yán)格控制基坑邊坡土體變形，確保基坑鄰近建筑物不受破壞是本工程支護(hù)的先決條件，也是支護(hù)設(shè)計(jì)方案中需要解決的一個(gè)難題。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用護(hù)坡樁+土層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)(表1、表2)，結(jié)合動(dòng)態(tài)信息化設(shè)計(jì)施工技術(shù)方案，以便發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)工程中存在的問(wèn)題。

2.3 施工過(guò)程

結(jié)合本工程支護(hù)特點(diǎn)和重點(diǎn)，在施工過(guò)程中建立了完善的信息化施工系統(tǒng)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由信息采集系統(tǒng)和設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)組成。將信息采集系統(tǒng)所采集的信息經(jīng)加工處理后與設(shè)計(jì)值相比較，以判斷支護(hù)系統(tǒng)安全可靠性，并通過(guò)優(yōu)化計(jì)算模型，預(yù)測(cè)下一步施工中可能存在的問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)中不足之處加以調(diào)整，使施工設(shè)計(jì)更為合理。

表1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)護(hù)坡樁設(shè)計(jì)方案

表2 土層錨桿設(shè)計(jì)

2.3.1 樁體位移監(jiān)測(cè)

本工程樁體位移采用美國(guó)測(cè)斜儀公司生產(chǎn)的伺服加速度測(cè)試儀。

從樁體水平位移測(cè)試曲線(圖3)可以看出:

1)當(dāng)基坑開挖至第二層錨桿施工深度(13.3m)位于建筑物鄰近的各測(cè)點(diǎn)水平位移最大值小于12mm，最小值為-2 mm(負(fù)號(hào)表示向邊坡方向發(fā)生位移)。支護(hù)結(jié)構(gòu)位移未超過(guò)警戒值，說(shuō)明支護(hù)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

2)測(cè)試曲線反映出支護(hù)結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備較大，其支護(hù)能力在一定程度上并未得以充分發(fā)揮。

3)樁體在第一層錨桿預(yù)應(yīng)力作用下，向邊坡方向發(fā)生了少量位移，說(shuō)明預(yù)應(yīng)力的施加有效的控制了邊坡土體向臨空方向發(fā)生位移。

4)過(guò)于控制樁體的水平位移，反而使樁體所受彎矩提高，對(duì)于支護(hù)工程設(shè)計(jì)并不經(jīng)濟(jì)。

5)依據(jù)上述監(jiān)測(cè)結(jié)果及其它監(jiān)測(cè)信息，鑒于基坑護(hù)坡樁、第一層錨桿已施工，且樁體配筋較大，有較高的抗彎能力，卵石層能為錨桿提供較高承載力，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件，利用變形數(shù)據(jù)，進(jìn)行反演計(jì)算，調(diào)整原設(shè)計(jì)方案為：將A、B、C、D、E、F樁區(qū)的第二層錨桿調(diào)整為統(tǒng)一標(biāo)高，即方便施工，且增強(qiáng)了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性；將D、F樁區(qū)的三層錨桿變更為二層錨桿。調(diào)整后錨桿有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。

6)監(jiān)測(cè)曲線C-2說(shuō)明，經(jīng)優(yōu)化后的支護(hù)結(jié)構(gòu)仍能保證基坑施工安全和其鄰近建筑物的安全，且支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)能力得以充分調(diào)動(dòng)，表明調(diào)整設(shè)計(jì)后的支護(hù)系統(tǒng)較為安全、經(jīng)濟(jì)。

2.3.2 樁頂位移監(jiān)測(cè)

為了確?；又苓吔ㄖ锏陌踩?，及時(shí)掌握基坑施工過(guò)程對(duì)其影響程度，在基坑鄰近建筑物周圍布置測(cè)點(diǎn)，對(duì)建筑物沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：北主樓沉降量為0.8～2.3mm，沉降差為1.5mm；塔樓沉降量為0.8～1.9mm，沉降差為1.1mm；煙囪沉降量為3.9～5.9mm，沉降差為2.0mm ：均小于建筑規(guī)范要求。

2.3.3 地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)

在基坑護(hù)坡樁施工過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)十幾個(gè)樁孔對(duì)地下水位進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明地下水位埋深22.8～21.0m，位于A、B樁端上1.0m，C、D、E、F樁端上2.8～3.0m。鑒于本工程工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，將原施工設(shè)計(jì)中的機(jī)械成孔方案進(jìn)行了修改，提出了利用樁孔進(jìn)行降水和水位觀測(cè)，采用人工挖孔樁進(jìn)行成孔，從而大大加快了施工進(jìn)度，降低了施工費(fèi)用。

2.4 施工成果

本工程施工過(guò)程中由于全面采用了信息化施工理念，通過(guò)對(duì)基坑開挖過(guò)程中的樁體變形、邊坡位移等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并將所采集到數(shù)據(jù)應(yīng)用到工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，在確保邊坡及鄰近建(構(gòu))筑物安全、穩(wěn)定的前提下，對(duì)錨桿層位進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，為施工提供了必要條件，同時(shí)減小D、F區(qū)段錨桿層數(shù)，大大降低了錨桿工程量， 節(jié)約了施工成本。此外通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)地下水位監(jiān)測(cè)，盡管地下水位位于樁端以上，通過(guò)綜合分析、評(píng)判，通過(guò)調(diào)整成樁工藝，避免了卵石層中護(hù)坡樁機(jī)械施工難度大，降低了成樁費(fèi)用。

圖3 樁體水平位移監(jiān)測(cè)曲線Figure 3 Pile body horizontal displacement monitoring curve

樁區(qū)層位A+B一二C一二D一二E一二F一二標(biāo)高/m-6.6-12.8-6.6-12.8-6.6-12.8-6.6-12.8-6.6-12.8傾角/(°)20-2220-2213-1520-2216-1820-2218-2020-2220-2220-22長(zhǎng)度/m2620.5282025.519.524.524.524.021.0錨固段/m18.016.018.016.015.515.017.518.515.516.5承載力/t 47.078.065.080.061.076.073.581.046.073.0預(yù)應(yīng)力/t35.056.042.056.048.056.052.057.035.056.0

3 結(jié)語(yǔ)

基坑支護(hù)工程是一個(gè)系統(tǒng)性工程，又是一個(gè)臨時(shí)性工程。它不僅僅涉及至巖土工程，同時(shí)也是一個(gè)結(jié)構(gòu)性工程，并受到場(chǎng)地周邊環(huán)境、巖土條件、施工條件等方面制約。而土體本身是一個(gè)摩擦性材料，土壓力計(jì)算目前仍停留在庫(kù)倫、朗金土壓力計(jì)算理論階段，實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中很難進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。本文通過(guò)一基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)、施工實(shí)例，應(yīng)用基坑邊坡變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、受力、周邊鄰近建(構(gòu))筑物變形等信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、反演，優(yōu)化了支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低支護(hù)施工成本，闡明信息化施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用。