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(中鐵城建集團(tuán)有限公司總承包分公司 湖南長(zhǎng)沙 410000)

1 引言

隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，超高層建筑越來(lái)越多，超高層建筑的基坑開(kāi)挖深度不斷加深，由此造成鄰近建筑物和基坑周邊地面下沉并引起事故的案例不斷增多?；娱_(kāi)挖是一個(gè)卸荷過(guò)程，在深基坑工程中，開(kāi)挖深度越深，其應(yīng)力釋放和開(kāi)挖降水對(duì)基坑周邊土體不均勻沉降影響越大。對(duì)于基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)控制與監(jiān)控量測(cè)分析，許多專家學(xué)者都進(jìn)行了研究。胡湘貴[1]提出了一些對(duì)深基坑施工進(jìn)行質(zhì)量控制的對(duì)策；黃友發(fā)[2]探討了深基坑臨近既有線近接施工技術(shù)，提出了相應(yīng)的處理措施；黃喜雄[3]以某深大基坑超期使用為基礎(chǔ)，進(jìn)行了支護(hù)技術(shù)的研究；李亮輝[4]以近接地鐵隧道深基坑工程為例，分析了其設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐；馬德云等[5]分析了超期深基坑對(duì)周邊建筑物的沉降影響；胡友建等[6]則提出了對(duì)深基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理及預(yù)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；劉杰等[7]對(duì)地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬。基坑支護(hù)超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限，再開(kāi)挖需考慮基坑超期服役帶來(lái)的工作性能下降，則需對(duì)該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)性能、周圍建筑物、道路、深埋管道、電纜等進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、評(píng)估分析。本文在參考吳銘炳[8]、安關(guān)峰[9]、宋建學(xué)[10]、姜忻良[11]等人相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，并提出相關(guān)建議。

2 工程概況和地質(zhì)條件

2.1 工程概況

該工程位于湖南省長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)韶山路與解放東路交匯處，由一棟塔樓、五層裙樓及車庫(kù)組成。塔樓地上35層，高度201.80 m，地下4層。地下室外輪廓周圍長(zhǎng)310 m，基坑開(kāi)挖深度為19～26 m?；油馏w為遇水軟化的紅壤典型土體，水穩(wěn)性差?；游鱾?cè)與韶山北路地下通道出入口距離5 m；南側(cè)與高度100 m的湖南大劇院外墻距5.4 m；東側(cè)支護(hù)樁上為項(xiàng)目3層板房，間隔4 m消防通道為溫莎KTV；北側(cè)緊鄰解放東路，文藝路口公交站臺(tái)僅3 m；基坑西側(cè)、北側(cè)、東側(cè)均埋有天然氣管道、電力管線、弱電管線、上下水管道及軍用光纜。基坑位置與周圍關(guān)系如圖1所示。

圖1 湖南文化廣場(chǎng)基坑和湖南文化大廈的位置關(guān)系

2.2 場(chǎng)地地層

該場(chǎng)地內(nèi)各土層工程地質(zhì)巖土特性參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 土層參數(shù)

2.3 水文條件

場(chǎng)地內(nèi)地層除圓礫③為強(qiáng)透水層外，其余地層均為弱透水層。按受環(huán)境類型影響評(píng)價(jià)，場(chǎng)地環(huán)境類別為Ⅱ類；按受地層滲透性影響評(píng)價(jià)，場(chǎng)地內(nèi)地下水水質(zhì)及土質(zhì)在強(qiáng)透水性地層中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，在弱透水性地層中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；場(chǎng)地內(nèi)地下水水質(zhì)及土質(zhì)對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

3 監(jiān)測(cè)方案

3.1 監(jiān)測(cè)概況

本基坑于2014年9月份開(kāi)工，2014年12月完成支護(hù)樁、冠梁施工，2015年1月開(kāi)始進(jìn)行土方開(kāi)挖，于2015年10月停工，此時(shí)錨索施工完成60%左右，土方施工完成60%左右。2017年2月28日，該基坑工程又重新復(fù)工。參考劉勇[12]、羅康[13]等人對(duì)基坑工程超期檢測(cè)鑒定分析，對(duì)于該項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)貫穿該基坑的整個(gè)開(kāi)挖施工、停工、復(fù)工直至完工的時(shí)期。有許多監(jiān)控項(xiàng)目和大量數(shù)據(jù)收集。本章節(jié)中僅列出了部分具有代表性的點(diǎn)位樁身變形和基坑周邊沉降的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要包括：(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、沉降；(2)鄰近建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)；(3)地下管線位移監(jiān)測(cè)；(4)錨索拉力監(jiān)測(cè)；(5)支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)；(6)基坑外地下水位監(jiān)測(cè)。

3.3 監(jiān)測(cè)儀器

為保證測(cè)量精度，采用如下儀器設(shè)備進(jìn)行本項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)工作，具體見(jiàn)表2。

表2 監(jiān)測(cè)儀器、設(shè)備配置

3.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖及基坑監(jiān)測(cè)規(guī)定情況見(jiàn)圖2和表3。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

表3 基坑變形監(jiān)測(cè)

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 復(fù)工前的監(jiān)測(cè)結(jié)果

(1)2017年4月9日位移觀測(cè)中共觀測(cè)5個(gè)點(diǎn)，累計(jì)變化最大點(diǎn)為東側(cè)冠梁A39觀測(cè)點(diǎn)，累計(jì)變化為+23.7 mm，階段變化速率最大點(diǎn)為A39觀測(cè)點(diǎn)，變化速率為+1.10 mm/d。

(2)2017年4月9日沉降觀測(cè)32個(gè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)階段性變化速率最大點(diǎn)為A38，變化速率為+0.374 mm/d。

(3)2017年4月9日地下水位觀測(cè)2個(gè)點(diǎn)，其中有1個(gè)點(diǎn)處于報(bào)警狀態(tài)：基坑?xùn)|南角H003監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化-2 175 mm＞控制值1 200 mm。

(4)2017年4月9日深層水平位移觀測(cè)3個(gè)測(cè)孔(120點(diǎn))，累計(jì)變化最大點(diǎn)為基坑北側(cè)D004觀測(cè)點(diǎn)，累計(jì)變化+12.6 mm，階段性變化速率最大點(diǎn)為D001，變化速率-0.90 mm/d。

(5)2016年12月17日對(duì)基坑支護(hù)錨索進(jìn)行二次檢測(cè)，共抽檢30根錨索，軸向抗拔值均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在異常變化，需加強(qiáng)關(guān)注。

4.2 開(kāi)挖基本完工時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.2.1 徑向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，只有A46監(jiān)測(cè)點(diǎn)徑向位移超控制值，A46監(jiān)測(cè)點(diǎn)(基坑西側(cè)冠梁處)徑向位移隨時(shí)間變化的曲線見(jiàn)圖3。其最大累計(jì)變形量為+30.2 mm，超控制值(25 mm)。根據(jù)位移圖，第10月～第12月，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移速率較大，第18月之后位移量較小。

圖3 A46監(jiān)測(cè)點(diǎn)徑向位移曲線

4.2.2 沉降結(jié)果及分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，A30監(jiān)測(cè)點(diǎn)(基坑?xùn)|側(cè)地下管線處)累計(jì)沉降值最大，為-11.95 mm，未超過(guò)控制值(25 mm)。根據(jù)沉降曲線圖，第27月之后，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量逐漸增大。A30監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線見(jiàn)圖4。

圖4 A30監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線

4.2.3 地下水位結(jié)果及分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，位于基坑?xùn)|南角的H003監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水位累計(jì)變化量最大，其最大累計(jì)變化量為-3 020 mm，超控制值(1 200 mm)。該監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水位變化情況見(jiàn)圖5。根據(jù)變化圖，第10月該測(cè)點(diǎn)地下水位累計(jì)變化量已超控制值，第29月，地下水位累計(jì)變化量直線上升為-3 000 mm，之后的地下水位變化量幾乎不變。

圖5 H003地下水位曲線圖

4.2.4 深層水平位移結(jié)果及分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，位于基坑北側(cè)的D004監(jiān)測(cè)點(diǎn)(深度3.00 m處)深層水平位移累計(jì)變形量最大，其最大累計(jì)變形量為+14.6 mm，未超控制值(20 mm)。該監(jiān)測(cè)點(diǎn)深層水平位移曲線見(jiàn)圖6。根據(jù)曲線圖，該測(cè)點(diǎn)3.00 m深度處的深層水平位移達(dá)到最大值。

圖6 D004監(jiān)測(cè)點(diǎn)深層水平位移曲線

4.2.5 拉力結(jié)果及分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，位于基坑西側(cè)第一道腰梁上的L101監(jiān)測(cè)點(diǎn)拉力累計(jì)變化量最大，其最大累計(jì)變化量為+28.297 kN，未超控制值(255.2 kN)。該監(jiān)測(cè)點(diǎn)拉力變化曲線見(jiàn)圖7。根據(jù)曲線圖，第6月后，該測(cè)點(diǎn)的拉力變化量基本保持不變。

圖7 L101監(jiān)測(cè)點(diǎn)拉力曲線圖

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

5.1 基坑支護(hù)樁樁頂水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

基于對(duì)基坑四周各位置特征點(diǎn)的全面分析和對(duì)所選的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完整性的考慮，本節(jié)選取基坑?xùn)|南西北側(cè)支護(hù)樁樁頂各一處監(jiān)測(cè)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行列舉和分析，其點(diǎn)號(hào)分別為A38、W2、A46、A35。

圖8為基坑?xùn)|南西北側(cè)方向的支護(hù)樁中間樁頂位置的各一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從圖可以看出，基坑在停工前的開(kāi)挖階段、停工期間和復(fù)工后的開(kāi)挖階段，三個(gè)階段中各位置的基坑支護(hù)樁樁頂水平位移隨著時(shí)間不斷發(fā)展。

圖8 基坑?xùn)|南西北側(cè)支護(hù)樁樁頂水平位移隨時(shí)間變化示意(從基坑外朝向基坑內(nèi)為正)

在停工前的開(kāi)挖階段，隨著時(shí)間增長(zhǎng)，樁頂水平位移最大值在基坑?xùn)|側(cè)，值為6.6 mm；在停工期間，增幅最大處為基坑西側(cè)位置，最大增幅為420%，其水平位移值達(dá)到了27 mm，已經(jīng)超過(guò)預(yù)警限值；到復(fù)工后的開(kāi)挖階段，除了基坑北側(cè)點(diǎn)位未進(jìn)行監(jiān)測(cè)之外，其他各點(diǎn)的增長(zhǎng)速率經(jīng)過(guò)前面停工階段后期的平穩(wěn)之后，又有了大幅度的提升。其中A46測(cè)點(diǎn)處位移超限。

5.2 基坑外側(cè)地面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

基于對(duì)基坑四周各位置特征點(diǎn)的全面分析和對(duì)所選的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完整性的考慮，本節(jié)選取基坑外側(cè)東南西北方向地表或地下管線位置各一處監(jiān)測(cè)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行列舉和分析，其點(diǎn)號(hào)分別為A28、A3、A4、A23。

圖9為基坑外側(cè)東南西北方向的地表或地下管線位置的各一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從圖可以看出，基坑在停工前的開(kāi)挖階段、停工期間和復(fù)工后的開(kāi)挖階段，三個(gè)階段中基坑外側(cè)土體各位置的沉降隨著時(shí)間不斷發(fā)展。

圖9 基坑外東南西北側(cè)地面沉降隨時(shí)間變化示意

在停工前的開(kāi)挖階段，所選的四處監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的沉降隨著開(kāi)挖的進(jìn)行都有著各自的波動(dòng)變化，在該階段中各點(diǎn)總體的沉降變化值不大；在停工期間，基坑的停工階段中其外側(cè)土體的沉降仍有一定的變化，增幅最大處為基坑?xùn)|側(cè)，最大增幅為2 638%；到復(fù)工后的開(kāi)挖階段，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的增長(zhǎng)隨著開(kāi)挖又有了短期大幅度的提升，但隨之其沉降又逐漸減小，最終趨于平穩(wěn)。

5.3 基坑支護(hù)樁深層水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

本項(xiàng)目對(duì)基坑支護(hù)樁深層水平位移的監(jiān)測(cè)一共布設(shè)了三個(gè)測(cè)點(diǎn)D1、D3、D4，分別位于基坑的西、東、北側(cè)，本節(jié)選取這三個(gè)監(jiān)測(cè)標(biāo)志點(diǎn)在停工時(shí)、復(fù)工時(shí)和開(kāi)挖完成時(shí)三個(gè)時(shí)期的深層水平位移進(jìn)行列舉和分析。

圖10為基坑?xùn)|西北側(cè)方向的支護(hù)樁各一位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從圖可以看出，基坑在停工前的開(kāi)挖階段、停工期間和復(fù)工后的開(kāi)挖階段，三個(gè)階段中基坑支護(hù)樁各位置的水平位移隨著時(shí)間不斷發(fā)展，除了基坑北側(cè)的D4測(cè)點(diǎn)由于支護(hù)樁-8～-10 m處由于腰梁上預(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)應(yīng)力過(guò)大而使樁體在中部向基坑外側(cè)變形，基坑西側(cè)和東側(cè)的D1、D3測(cè)點(diǎn)的支護(hù)樁呈現(xiàn)典型的懸臂樁變形特征。

圖10 基坑?xùn)|西北側(cè)支護(hù)樁深層水平位移變化示意(從基坑外朝向基坑內(nèi)為正)

在停工前的開(kāi)挖階段，三處測(cè)點(diǎn)的支護(hù)樁的深層水平位移都大致呈支護(hù)樁上部大而下部小的狀態(tài)，D1、D3、D4測(cè)點(diǎn)的支護(hù)樁的最大水平位移分別為5.7 mm、3.8 mm、8.5 mm；在停工期間，三監(jiān)測(cè)點(diǎn)的樁體水平位移變形最大位置基本保持不變，而水平位移的數(shù)值都有一段大幅度的增長(zhǎng)，其中增幅最大處基本發(fā)生在支護(hù)樁的樁頂部分，沿支護(hù)樁從上至下增幅逐漸減小，D1、D3、D4測(cè)點(diǎn)的最大變形增量分別為2.9 mm、4.6 mm、4.8 mm，最大增幅達(dá)到了121%；到復(fù)工后的開(kāi)挖階段，各點(diǎn)的深層水平位移仍有小幅度的增長(zhǎng)，主要表現(xiàn)在樁頂位置，但增長(zhǎng)的幅度不大，說(shuō)明土體在長(zhǎng)時(shí)間的固結(jié)中變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定，在有效的支護(hù)條件下，再開(kāi)挖對(duì)土體擾動(dòng)所產(chǎn)生的位移較小。

6 結(jié)論及監(jiān)測(cè)建議

6.1 結(jié)論

(1)基坑在停工前的開(kāi)挖階段、停工期間和復(fù)工后的開(kāi)挖階段，三個(gè)階段中基坑各位置的支護(hù)樁樁頂水平位移、樁體深層水平位移以及基坑外土體的沉降都隨著時(shí)間而不斷發(fā)展，在基坑的施工全過(guò)程中支護(hù)樁的最大水平變形為29.6 mm，已經(jīng)超過(guò)了最大限值25 mm，基坑外土體沉降最大量為11.44 mm，小于最大限值20 mm。

(2)在停工前的開(kāi)挖階段，基坑支護(hù)樁樁頂?shù)乃轿灰?、樁體的深層水平位移隨著開(kāi)挖的進(jìn)行而增大，支護(hù)樁的水平位移最大值基本都發(fā)生于樁頂附近，該階段中基坑外側(cè)土體的沉降波動(dòng)較大，期間存在沉降值增大后又回彈的現(xiàn)象。

(3)在停工期間，支護(hù)樁的水平位移變形最大位置基本保持不變，而水平位移的數(shù)值都有一段大幅度的增長(zhǎng)，其中增幅最大處基本發(fā)生在支護(hù)樁的樁頂部分，沿支護(hù)樁從上至下增幅逐漸減小。總體而言，基坑雖然進(jìn)入了停工階段，但其支護(hù)樁的水平位移和基坑外側(cè)土體的沉降仍有明顯的增大，支護(hù)樁水平位移最大增幅達(dá)到了420%，基坑外土體沉降最大增幅達(dá)到了2 638%，所以對(duì)于超期服役基坑的停工階段需重點(diǎn)關(guān)注。

(4)在復(fù)工后的開(kāi)挖階段，支護(hù)樁的水平位移在經(jīng)過(guò)前面停工階段后期的平穩(wěn)之后，隨著基坑再開(kāi)挖，其變形速度又開(kāi)始增大，但整體的增幅不大，其增長(zhǎng)幅度最大處發(fā)生在樁頂位置。同時(shí)在該階段中，前期基坑外側(cè)土體的沉降也有短期大幅度的提升，但隨之其沉降又逐漸減小，最終趨于平穩(wěn)。

6.2 監(jiān)測(cè)建議

依據(jù)《基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50497-2009)對(duì)該施工項(xiàng)目進(jìn)行有效及時(shí)的監(jiān)控量測(cè)，以便有效地指導(dǎo)施工，使設(shè)計(jì)單位和施工單位能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工是否能夠滿足基坑工程周邊既有結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，避免事故的發(fā)生。

(1)主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平及豎向位移；周邊建筑物位移變形及裂縫；地下水位；支撐軸力；周邊地下管線變形；周邊地表沉降；基底隆起。

(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則：

監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置于特征點(diǎn)位，根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，在發(fā)生較大變形部位增設(shè)測(cè)點(diǎn)；主要影響區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距不大于10 m，特殊情況下適當(dāng)加密；在文化大廈北側(cè)靠近基坑位置的地下室結(jié)構(gòu)部分及地面部分應(yīng)布有監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(3)監(jiān)測(cè)頻率：

結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)應(yīng)貫穿于基坑開(kāi)挖及施工作業(yè)的全過(guò)程，直至回填完成且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后方可結(jié)束，在開(kāi)挖施工作業(yè)重要工序施工期間不宜低于1次/1～2 d。必要時(shí)應(yīng)采取自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

(4)監(jiān)測(cè)成果按黃色、橙色和紅色三級(jí)預(yù)警進(jìn)行管理和控制。