深基坑监测数据分析与变形规律研究

邢烽霞

(江苏省纺织工业设计研究院有限公司南通勘察分公司，江苏 南通 226001)

摘要:深基坑监测数据的研究对保障基坑施工安全有着至关重要的作用。本文对某一实例的监测数据进行分析，对比支护各方面的数据情况，总结基坑施工过程中支护变形规律，为深基坑的开挖建设提供了理论依据，提高了基坑施工的安全系数。

关键词:深基坑监测 数据分析 变形规律

0 引言

城市发展到如今，空间的局限性越来越明显，新建场地面临着愈加复杂的周边环境以及更高要求的开挖深度和支护结构【1】。为了提高土地利用率，确保在高要求、低成本的前提下完成基坑施工，并保障基坑支护及周边环境的安全，高效的基坑监测工作就显得格外重要【2】。本文以南通地区某深基坑为例，根据对其开挖施工过程中实测数据的分析，总结基坑支护变形规律，以期对类似环境下的深基坑项目提供参考。

1 工程概况

本次实例项目为南通地区一高层办公楼，地下室三层。基坑东西长约81.40米,南北宽约45.94米，挖深为13.65米至14.45米。基坑安全等级为一级。基坑支护主要采用单排灌注桩（三轴搅拌桩止水帷幕）的围护结构与混凝土对撑、角撑相结合的支护形式，基坑西侧顶部增设PCMW工法(三轴水泥土搅拌桩内插支护桩),东侧顶部采用一级坡+钢管土钉,北侧、南侧顶部采用一级坡。综合基坑本身及周边环境复杂情况，其安全等级定为一级。

基坑地下室侧墙距周边红线约5.0米、北侧距变电所围墙约15米、东侧距城市道路约7.5米、南侧距拟建商业楼侧墙约9.3米、西侧距办公大厦侧墙约9.7米。

2 地质与水文条件

基坑开挖深度影响范围内的地质勘察情况见表1。建筑场地内，浅层地下水主要赋存于层1至层7的层土中，属于孔隙潜水类型。其补给来源主要为大气降水、地表水以及区域水系。根据南通市区水文地质资料，拟建场地近年最低地下水位标高约为0.60米左右，场区内最高地下水位标高约2.60米左右，水位变化幅度约2.00米，历史最高地下水位标高约2.80米左右。

表1 土层及物理力学指标

层序	土层名称	土层厚度（m）	状态
层1-1	素填土	0.40～1.60	粉土和粉质粘土组成，表层含大量植物根茎，松软。
层1-2	淤泥	1.20～1.40	淤泥质粉质粘土和粉土为主，流动～流塑。
层2	粉质粘土夹粉土	0.70～1.60	粉质粘土软塑～可塑，干强度中等；粉土稍密，很湿，干强度低。
层3	粉砂夹粉土	3.20～4.50	粉砂中密，局部稍密，主要为石英和长石；粉土中密，湿～很湿。
层4	粉土夹粉质粘土	1.60～3.10	粉土中密，很湿，干强度低；粉质粘土软塑，稍有光泽，干强度中等。
层5	粉砂夹粉土	3.70～5.70	粉砂中密，饱和，主要为石英和长石；粉土中密，湿～很湿，干强度低。
层6	粉土夹粉质粘土	0.70～2.90	粉土中密，湿～很湿，干强度低；粉质粘土软塑，干强度中等。
层7	粉砂夹粉土	4.60～7.50	粉砂中密，局部密实，主要为石英和长石；粉土中密，湿，干强度低。

3 基坑监测内容及点位布设

3.1监测目的

基坑监测的目的是在基坑施工的过程中对支护结构、周围土体及周边环境中存在的各种风险进行辨识、分析、评价以及预测，为整个项目的动态设计和信息化的施工提供理论依据，以便设计单位可以随时修改支护参数和施工方案，确保项目可以高效率、低成本的安全完成【3】。

3.2监测内容

本次基坑监测的主要内容可大致分为基坑的支护安全和基坑周边环境安全。基坑支护安全涉及围护桩顶（坡顶）水平和竖向位移监测、土体深层位移（测斜）监测、支撑轴力监测以及立柱竖向位移监测等项目。基坑周边环境主要包括周边建筑物竖向位移监测、周边道路管线竖向位移监测及坑外地下水位监测等项目。本次分析研究以支护主体为主，选取本次监测过程中具有代表性的点位数据进行分析，周边环境则不做详述。

3.3监测点的布设

本次实例项目支护结构监测部分共布设围护桩顶、坡顶监测点27处，编号为P01～P27；土体深层位移监测点12处，编号为CX01～CX12；支撑轴力监测点17处，编号为ZL01～ZL17；立柱竖向位移（沉降）监测点6处，编号为LZ01～LZ06。详见图1。

图1 监测点位布设图

4 监测结果与分析

本次实例项目自2019年5月31日起进场进行初始值的测量，至2020年7月1日基坑回填完毕，整个监测工作共经历397天，具体时间节点详见表2。

表2 监测时间表

序号	时间（起）	时间（止）	内容
1	2019.5.31	2019.7.4	基坑开挖至-7.5m
2	2019.7.4	2019.8.21	支撑浇筑
3	2019.9.5	2019.11.1	支撑梁下取土完毕
4	2020.3.11	2020.4.2	支撑拆除
5	2019.11.1	2019.12.17	垫层底板施工完毕
6	2020.3.11	2020.4.2	支撑拆除
7	2020.6.19	2020.7.1	回填完毕

4.1基坑围护桩顶、坡顶位移

基坑围护部分选取有代表性的点位（P01、P02、P12、P13）进行分析。结合基坑围护顶部的竖向及水平位移图（详见图2、图3）可知，本项目基坑支护在整个监测过程中，主要有三次大幅度位移变化：第一阶段为开挖初期至2019年7月中旬，基坑主要受取土影响，取土至支撑设计高度后，变形趋势明显收敛。第二阶段为2019年9月上旬至10月底，此时支撑施工完毕并继续向下取土，土体卸荷愈加增大，导致围护变形加快，以基坑北侧的P02、P03两点最为明显。第三阶段为2020年3月中旬至4月初，此时因支撑拆除，两侧土压力向基坑方向释放，增加了围护变形趋势。基坑围护的竖向及水平位移变化曲线类似，互为印证。

图2 基坑围护桩顶、坡顶竖向位移        图3 基坑围护桩顶、坡顶水平位移

4.2土体深层位移

对于基坑土体深层位移数据的分析，此处以基坑东侧的CX06号点为例。如图4所示，从时间维度上来看，按疏密程度可知，土体深层位移变化最为迅速的为基坑支撑拆除阶段，其次为支撑浇筑前后的取土阶段。从基坑纵向深度上分析，在支撑浇筑前，土体位移在基坑上部变形最大，依次向下变形逐渐收敛；而支撑浇筑完毕后，变形趋势逐渐以支撑所在设计高度分为两段：地面位置、支撑位置、基坑底部位置变形较小，其两两间变形较大。

图4 土体深层位移                             图5 支撑轴力

4.3支撑轴力

按照图5所示，选取LZ02、LZ03、LZ05进行分析：支撑轴力计在安装后不断受应力影响，其轴力数据不断上升，在基坑取土至底部后，逐渐稳定并始终在一定范围内波动，直至支撑拆除完毕。其中，以ZL09号监测点位的受力情况最为明显。

4.4立柱竖向位移

基坑立柱的竖向位移数据情况如图6所示，以ZL03、ZL04、ZL07、ZL09的监测数据为代表：立柱的变形主要发现在2019年9月至10月期间，以向上浮动为主。此时支撑浇筑完毕，支撑设计高度下继续取土，立柱的变形逐渐变大，直至取土完毕后，立柱变形量才逐渐减小，并在之后的施工阶段内，保持稳定。基坑底板浇筑完毕后，地下室主体施工阶段，立柱荷载增大，其竖向位移向下发展，出现小幅度回落。

图6 立柱竖向位移

5 结论

本文主要从围护桩顶（坡顶）水平竖向位移、土体深层位移（测斜）、支撑轴力以及立柱竖向位移等方面，对南通地区某高层办公楼深基坑施工过程中的监测数据进行分析，总结监测数据的变化趋势，得到基坑支护的变形规律，以期在理论分析的指导下有效地进行现场监测工作，这对于确保施工安全、减少不必要的损失是非常重要的。本次主要结论如下：

1、在基坑支护结构部分，在基坑施工过程中主要受取土和支撑拆除影响。竖向位移与水平位移的变化曲线相类似。

2、对于基坑周围土位移，其影响因素和支护结构类似，但受支撑拆除影响更大。

3、基坑支撑内力在取土过程中，主要受取土影响，并随着取土深度增加而受到的应力增大，后期基本趋于平稳。

4、在基坑取土阶段，立柱主要呈上浮趋势，并且其变形量和开挖取土深度成正比关系，直至取土完成方才逐渐趋于稳定。后期地下室主体建设时，因荷载的增加出现小幅度下沉，但幅度不大。

参考文献

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[2]李林.建筑深基坑监测工程分析与探讨[J]，福建建设科技，2021，5:33-38.

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[5]蔡元盛.动态监测技术在深基坑施工中的应用[C]，智能与信息化，2022，3:103-106.