论文部分内容阅读
摘要：本文主要针对目前基坑工程中桩锚支护体系的基坑监测进行了研究和探讨。
关键词：桩锚支护体系；监测；数据分析
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：
一、 基坑变形监测的目的和意义
实践证明，基坑工程是一门实践性很强的学科，由于岩土本身的复杂性，土体的力学性质及参数很难把握，在工程计算中，有关基坑工程的变形理论，在解决实际工程问题时仍然有很大的局限性，支护结构的变形以及周围土层的位移对周边建筑物和地下管线的影响与保护的计算分析，目前尚不能准确地得出定量的结果，因此在基坑工程实践中，大力发展信息化施工技术，采用理论导向，量测定量和经验判断相结合的方法，对支护结构和周围环境进行监测，及时捕捉施工阶段的变形与位移的动态变化，既是检验理论正确与否的有力依据，又是创新与发展理论的重要手段，因此在城市地区的深基坑工程中，为了保证支护结构与周边环境的安全，变形监测必不可少。
1.1基坑变形监测的内容
（1）支护结构的变形监测
●支护结构项部水平位移的监测。这是深基坑施工监测项目中最重要的一项内容。考虑到施工场地狭窄，测点常被挡住，因此应采用多种测量工具来完成此项监测，比如采用位移收敛计，精密光学经纬仪和伸缩计等。
●支护结构倾斜的监测。针对此项监测内容，可以在需要的地方钻孔布设测斜管，用高精度测斜仪定期进行测量，也可以在深基坑开挖过程中及时用经纬仪观测支护结构的倾斜。
●支护结构沉降的监测。
（2）周围环境的监测
●相邻建筑物的沉降、倾斜以及裂缝发展的情况。
●相邻构筑物、道路、地下管线的沉降和变形监测。
●基坑隆起观测。
（3）深基坑工程监测预警
在深基坑位移监测中，应根据具体工程实际，按照一定的原则，预先确定相应的警戒值，以判断位移是否超过允许的范围，判断工程施工是否安全可靠。一般情况下，预警中定量信息应由两部分控制，即容许总变化量和容许变化速率。
（4）警戒值确定的原则
●满足支护设计的要求，不可超出设计容许值。
●满足监测对象的安全要求，达到保护基坑内施工和周边环境的目的。
●对于相同的保护对象，应针对不同的环境和施工条件要求确定。
●满足现行的相关设计施工技术规程规范的要求。
●满足各保护对象的所有者提出的特殊要求。
●在保证安全的前提下，应考虑优化设计和施工方案，以减少不必要的施工成本。
●在一般情况下，不均匀沉降(地表角变位)和地表水平應变等对环境建筑物或管线的危害最大，所以深度较大的基坑应该允许有较大的总沉降和水平位移。
●不同的支护结构，确定位移量和最大位移发生的部位应有所区别。在施加预应力的多道锚撑支护中，最大水平位移发生在下部，而顶部的水平位移往往很小；悬臂桩支护的变形一般发生在基坑顶部，可以比桩锚式支护大一些；而相同条件下，土钉墙支护可以比桩锚支护有较大位移。
（5）预警标准
由于地区、地质条件、工程规模、基坑周围环境等方面的不同，对基坑变形监测的警戒值有所不同，目前国内尚无统一的基坑变形监测预警标准。但是监控报警指标一般以总变化量和变化速率两个量来控制,累计变化量的报警指标一般不宜超过设计限值，根据本基坑设计方案及综合各规范和我们的经验提出的工程报警指标如下表:
监测项目的报警值一般根据支护结构计算时的设计值和周围环境情况事先确定相应监测项目的报警值。如支护结构的位移变形和受力情况，周围环境的沉降位移在报警值允许范围内，可以认为支护结构和周围环境是安全的，工程施工可照常进行，否则应采取施工措施和相应的加固措施以确保基坑工程施工的安全。对以上报警值如有特殊要求，则遵照业主、监理、设计单位的意见。在基坑开挖过程中监测报警采用监测报告中的备注形式，如有该种现象发生则有关方均要予以关注，加强巡视，采取得力措施以防患于未然；如达到极限值时则说明基坑施工安全受到严重的威胁，需采取加固应急措施。此外，如果基坑底部或周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆(如少量流砂、涌土、隆起、陷落等)均应及时采取应急措施，及时处理，排除工程事故隐患。除此以外，相关单位应加强巡视和目测，如发现下列现象之一应采取应急措施：建筑物的砌体部分出现宽度大于2mm的变形裂缝，局部出现大量地下水涌出，围护结构底部出现隆起等等情况。
1.2 某基坑桩锚支护体系变形监测方案设计
根据某基坑工程的支护方案及基坑开挖的实际进程，沿支护结构项部设置22个水平位移的监测点，基坑东北角的某大厦设置了12个沉降观测点，基坑西侧大桥的引桥设置了5个水平位移监测点，具体见图1其他监测点（如：水位监测点、道路沉降监测点、深层水平位移监测点）不做重点阐述。
图1 基坑监测点示意图
二、基坑监测数据与理论设计值的对比分析
2.1基坑监测主要数据汇总
整个项目基础部分（包括基坑工程）施工自2010年1月15日开始，2011年6月29日基本结束，历时1年零4个月，期间根据基坑开外的实际进程，测绘公司进行了细致认真的基坑监测，提供了大量准确的数据，为采取措施确保基础及周边建筑物、构筑物的安全提供了有力保障，以下是部分监测数据，见图2.1-a、2.1-b、2.1-c，其他数据不一一列举。
基坑水平位移变化曲线图 2.1-a （单位：mm）
2.2监测数据与理论设计值的对比
根据该项目基坑开挖至地下室结构施工期间的实际情况，发生位移及变形后产生较大影响的有两个部位，一、临近某大厦西侧的基坑，二、临近大桥引桥东侧的基坑，通过以下的监测点： W2、W3基坑水平监测点，JZ4、JZ5建筑沉降观测点；大桥东侧的W16、W17、W18、W19基坑水平监测点，大桥引桥上设置的QW2、QW3、QW4、QW5四个水平位移监测点，显然，基坑周边重要建筑物及构筑物的位移和沉降偏大，从2010年1月15日首次观测到2011年6月29日末次观测以来，该大厦沉降观测点最大值74.62mm已经远远超过该点的设计理论值20mm，该部位的裙房出现了较大的裂缝，已影响裙房的使用；基坑水平位移最大观测值50.4mm也远大于该点的设计理论值19.89mm；大桥引桥位移最大值为18.8mm， 也已超过警戒值，特别位于引桥的非机动车道，出现的地面开裂的情况，裂缝的距离长约30米（图2.2-b），给行人的心里造成了一定影响；而其他相关监测数据，已详细罗列，经过详细分析，与理论设计值相比较均有不同程度的增加。
图2.2-a某大厦裙房开裂情况图2.2-b大桥引桥开裂情况（护栏下方已经过修补）
2.3 基坑变形原因分析
基坑的变形有多种因素，结合本工程有其自身的特点，经过分析主要为以下几种：
（1）从基坑水平位移监测数据及曲线图可以看出，在整个基坑土方开挖第一层(-5m)左右时，支护结构开始出现水平位移，但是位移变化不大。显然土方在5米以内开挖的变形并不大，也就是为什么超过5米才是深基坑的分界线，可见，一般情况下，开挖5米以内的基坑，只需要进行放坡处理，或放坡后采用土钉墙支护等的措施即可保证基础施工安全。
（2）随着第二层土方开挖，桩顶水平位移开始变大，开挖至基地土层(一9．3m)前，位移速率增大，随着土方继续开挖，各监测点位移不断增加，尤其临近某大厦西侧，及大桥东侧多处监测点均已超过警戒值，大桥一侧各测点此时位移很小，显然土方开挖超过5米时，在周边土压力的作用下，基坑围护的变形加大。并且基坑北侧监测点位移普遍大于南侧及东南侧，主要是由于基坑开挖北侧在先，北侧的暴露时间大于其他部位的缘故。
（3）土体刚开挖第一层时，对周边建筑物影响不大；大幅度沉降开始在基坑支护结束后地下室负二楼的开挖过程，在开挖负一层时，沉降趋于平稳；沉降和位移有关联性，在支护结构产生位移大的对应部位，建筑物沉降也较大，且沉降滞后于水平位移，由数据显示，一般在7天左右。距基坑距离远近不同建筑沉降差别很大，这是因为基坑开挖，基坑及周围土体的应力场发生变化，随着基坑内土体自重应力的释放，土体原结构平衡遭到破坏，地基土在原有荷载作用下产生新的沉降。距支护结构越远土体受扰动越小，土体将保持相对较好的整体稳定性，因此，离基坑越近，建筑物越容易产生更大的沉降。某大厦主楼距离基坑20m，但其裙房距离基坑仅7.4m，因此裙房产生的不均匀沉降比主楼大的多。
（4）原有建筑或构筑物的地基与基础埋深以及结构形式、高度、刚度也是造成沉降的主要因素，经查阅资料，该大厦建造时间为1990年，主樓为14层框架结构，箱式基础，天然地基，裙楼为2层框架结构，独立基础。显然箱式基础抵抗变形的能力强。基坑西侧的大桥，主桥部位的桥墩基础为70米的桩基础，而引桥部位则是挡墙加回填土，距离基坑仅12米，显然桩基础的抵抗变形的能力远远大于挡墙。
（5）基底垫层的浇筑与地下室的施工对基坑变形有一定的影响，北部垫层浇筑完毕后，基坑北侧墙顶水平位移速率减缓，至进行地下2层底板施工，该层底板作为支撑与围护结构浇筑成整体后，位移已基本稳定。
（6）由图2.1-a’中可以看出，曲线开始阶段斜率比较大，越往后斜率越小，之后斜率变为O。这说明基坑开挖后，基坑周边的土体处于临空状态的时间以及土方开挖的速度与位移的速率有很大的关系，临空时间短，位移曲线平缓，开挖速度快，位移速率大。受空间效应的影响，基坑中部位移较大。
（7）地质勘察的数据与实际地质情况还是存在一定的误差，由于这种误差的存在，可能对桩锚支护结构造成不利的影响。
（8）设计对基坑周边的建筑物及构筑物的安全系数放的不够多，施工中存在的各种质量缺陷或者问题。发生在上述部位，则支护结构的安全性将大大削弱。
三、结语
总体而言，计算值与实测值虽然有差别，但它们的变化趋势是基本吻合的，本工程受施工的影响，桩体实测的水平位移比正常状态下的值要大很多。设计理论计算值为理想状态下的值，不受施工中偶然因素的影响，但在实际工程中，不可能象设计假设的那样进行完全的连续施工，基坑的安全性受偶然因素的影响较大，所以实测值比计算值大也是合乎情理的。因此，要完全掌握基坑开挖过程中的真实动态，通过各种监测手段提前预警是必要的。必须通过施工过程中的监测来指导施工，确保施工过程的安全可靠。
关键词：桩锚支护体系；监测；数据分析
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：
一、 基坑变形监测的目的和意义
实践证明，基坑工程是一门实践性很强的学科，由于岩土本身的复杂性，土体的力学性质及参数很难把握，在工程计算中，有关基坑工程的变形理论，在解决实际工程问题时仍然有很大的局限性，支护结构的变形以及周围土层的位移对周边建筑物和地下管线的影响与保护的计算分析，目前尚不能准确地得出定量的结果，因此在基坑工程实践中，大力发展信息化施工技术，采用理论导向，量测定量和经验判断相结合的方法，对支护结构和周围环境进行监测，及时捕捉施工阶段的变形与位移的动态变化，既是检验理论正确与否的有力依据，又是创新与发展理论的重要手段，因此在城市地区的深基坑工程中，为了保证支护结构与周边环境的安全，变形监测必不可少。
1.1基坑变形监测的内容
（1）支护结构的变形监测
●支护结构项部水平位移的监测。这是深基坑施工监测项目中最重要的一项内容。考虑到施工场地狭窄，测点常被挡住，因此应采用多种测量工具来完成此项监测，比如采用位移收敛计，精密光学经纬仪和伸缩计等。
●支护结构倾斜的监测。针对此项监测内容，可以在需要的地方钻孔布设测斜管，用高精度测斜仪定期进行测量，也可以在深基坑开挖过程中及时用经纬仪观测支护结构的倾斜。
●支护结构沉降的监测。
（2）周围环境的监测
●相邻建筑物的沉降、倾斜以及裂缝发展的情况。
●相邻构筑物、道路、地下管线的沉降和变形监测。
●基坑隆起观测。
（3）深基坑工程监测预警
在深基坑位移监测中，应根据具体工程实际，按照一定的原则，预先确定相应的警戒值，以判断位移是否超过允许的范围，判断工程施工是否安全可靠。一般情况下，预警中定量信息应由两部分控制，即容许总变化量和容许变化速率。
（4）警戒值确定的原则
●满足支护设计的要求，不可超出设计容许值。
●满足监测对象的安全要求，达到保护基坑内施工和周边环境的目的。
●对于相同的保护对象，应针对不同的环境和施工条件要求确定。
●满足现行的相关设计施工技术规程规范的要求。
●满足各保护对象的所有者提出的特殊要求。
●在保证安全的前提下，应考虑优化设计和施工方案，以减少不必要的施工成本。
●在一般情况下，不均匀沉降(地表角变位)和地表水平應变等对环境建筑物或管线的危害最大，所以深度较大的基坑应该允许有较大的总沉降和水平位移。
●不同的支护结构，确定位移量和最大位移发生的部位应有所区别。在施加预应力的多道锚撑支护中，最大水平位移发生在下部，而顶部的水平位移往往很小；悬臂桩支护的变形一般发生在基坑顶部，可以比桩锚式支护大一些；而相同条件下，土钉墙支护可以比桩锚支护有较大位移。
（5）预警标准
由于地区、地质条件、工程规模、基坑周围环境等方面的不同，对基坑变形监测的警戒值有所不同，目前国内尚无统一的基坑变形监测预警标准。但是监控报警指标一般以总变化量和变化速率两个量来控制,累计变化量的报警指标一般不宜超过设计限值，根据本基坑设计方案及综合各规范和我们的经验提出的工程报警指标如下表:
监测项目的报警值一般根据支护结构计算时的设计值和周围环境情况事先确定相应监测项目的报警值。如支护结构的位移变形和受力情况，周围环境的沉降位移在报警值允许范围内，可以认为支护结构和周围环境是安全的，工程施工可照常进行，否则应采取施工措施和相应的加固措施以确保基坑工程施工的安全。对以上报警值如有特殊要求，则遵照业主、监理、设计单位的意见。在基坑开挖过程中监测报警采用监测报告中的备注形式，如有该种现象发生则有关方均要予以关注，加强巡视，采取得力措施以防患于未然；如达到极限值时则说明基坑施工安全受到严重的威胁，需采取加固应急措施。此外，如果基坑底部或周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆(如少量流砂、涌土、隆起、陷落等)均应及时采取应急措施，及时处理，排除工程事故隐患。除此以外，相关单位应加强巡视和目测，如发现下列现象之一应采取应急措施：建筑物的砌体部分出现宽度大于2mm的变形裂缝，局部出现大量地下水涌出，围护结构底部出现隆起等等情况。
1.2 某基坑桩锚支护体系变形监测方案设计
根据某基坑工程的支护方案及基坑开挖的实际进程，沿支护结构项部设置22个水平位移的监测点，基坑东北角的某大厦设置了12个沉降观测点，基坑西侧大桥的引桥设置了5个水平位移监测点，具体见图1其他监测点（如：水位监测点、道路沉降监测点、深层水平位移监测点）不做重点阐述。
图1 基坑监测点示意图
二、基坑监测数据与理论设计值的对比分析
2.1基坑监测主要数据汇总
整个项目基础部分（包括基坑工程）施工自2010年1月15日开始，2011年6月29日基本结束，历时1年零4个月，期间根据基坑开外的实际进程，测绘公司进行了细致认真的基坑监测，提供了大量准确的数据，为采取措施确保基础及周边建筑物、构筑物的安全提供了有力保障，以下是部分监测数据，见图2.1-a、2.1-b、2.1-c，其他数据不一一列举。
基坑水平位移变化曲线图 2.1-a （单位：mm）
2.2监测数据与理论设计值的对比
根据该项目基坑开挖至地下室结构施工期间的实际情况，发生位移及变形后产生较大影响的有两个部位，一、临近某大厦西侧的基坑，二、临近大桥引桥东侧的基坑，通过以下的监测点： W2、W3基坑水平监测点，JZ4、JZ5建筑沉降观测点；大桥东侧的W16、W17、W18、W19基坑水平监测点，大桥引桥上设置的QW2、QW3、QW4、QW5四个水平位移监测点，显然，基坑周边重要建筑物及构筑物的位移和沉降偏大，从2010年1月15日首次观测到2011年6月29日末次观测以来，该大厦沉降观测点最大值74.62mm已经远远超过该点的设计理论值20mm，该部位的裙房出现了较大的裂缝，已影响裙房的使用；基坑水平位移最大观测值50.4mm也远大于该点的设计理论值19.89mm；大桥引桥位移最大值为18.8mm， 也已超过警戒值，特别位于引桥的非机动车道，出现的地面开裂的情况，裂缝的距离长约30米（图2.2-b），给行人的心里造成了一定影响；而其他相关监测数据，已详细罗列，经过详细分析，与理论设计值相比较均有不同程度的增加。
图2.2-a某大厦裙房开裂情况图2.2-b大桥引桥开裂情况（护栏下方已经过修补）
2.3 基坑变形原因分析
基坑的变形有多种因素，结合本工程有其自身的特点，经过分析主要为以下几种：
（1）从基坑水平位移监测数据及曲线图可以看出，在整个基坑土方开挖第一层(-5m)左右时，支护结构开始出现水平位移，但是位移变化不大。显然土方在5米以内开挖的变形并不大，也就是为什么超过5米才是深基坑的分界线，可见，一般情况下，开挖5米以内的基坑，只需要进行放坡处理，或放坡后采用土钉墙支护等的措施即可保证基础施工安全。
（2）随着第二层土方开挖，桩顶水平位移开始变大，开挖至基地土层(一9．3m)前，位移速率增大，随着土方继续开挖，各监测点位移不断增加，尤其临近某大厦西侧，及大桥东侧多处监测点均已超过警戒值，大桥一侧各测点此时位移很小，显然土方开挖超过5米时，在周边土压力的作用下，基坑围护的变形加大。并且基坑北侧监测点位移普遍大于南侧及东南侧，主要是由于基坑开挖北侧在先，北侧的暴露时间大于其他部位的缘故。
（3）土体刚开挖第一层时，对周边建筑物影响不大；大幅度沉降开始在基坑支护结束后地下室负二楼的开挖过程，在开挖负一层时，沉降趋于平稳；沉降和位移有关联性，在支护结构产生位移大的对应部位，建筑物沉降也较大，且沉降滞后于水平位移，由数据显示，一般在7天左右。距基坑距离远近不同建筑沉降差别很大，这是因为基坑开挖，基坑及周围土体的应力场发生变化，随着基坑内土体自重应力的释放，土体原结构平衡遭到破坏，地基土在原有荷载作用下产生新的沉降。距支护结构越远土体受扰动越小，土体将保持相对较好的整体稳定性，因此，离基坑越近，建筑物越容易产生更大的沉降。某大厦主楼距离基坑20m，但其裙房距离基坑仅7.4m，因此裙房产生的不均匀沉降比主楼大的多。
（4）原有建筑或构筑物的地基与基础埋深以及结构形式、高度、刚度也是造成沉降的主要因素，经查阅资料，该大厦建造时间为1990年，主樓为14层框架结构，箱式基础，天然地基，裙楼为2层框架结构，独立基础。显然箱式基础抵抗变形的能力强。基坑西侧的大桥，主桥部位的桥墩基础为70米的桩基础，而引桥部位则是挡墙加回填土，距离基坑仅12米，显然桩基础的抵抗变形的能力远远大于挡墙。
（5）基底垫层的浇筑与地下室的施工对基坑变形有一定的影响，北部垫层浇筑完毕后，基坑北侧墙顶水平位移速率减缓，至进行地下2层底板施工，该层底板作为支撑与围护结构浇筑成整体后，位移已基本稳定。
（6）由图2.1-a’中可以看出，曲线开始阶段斜率比较大，越往后斜率越小，之后斜率变为O。这说明基坑开挖后，基坑周边的土体处于临空状态的时间以及土方开挖的速度与位移的速率有很大的关系，临空时间短，位移曲线平缓，开挖速度快，位移速率大。受空间效应的影响，基坑中部位移较大。
（7）地质勘察的数据与实际地质情况还是存在一定的误差，由于这种误差的存在，可能对桩锚支护结构造成不利的影响。
（8）设计对基坑周边的建筑物及构筑物的安全系数放的不够多，施工中存在的各种质量缺陷或者问题。发生在上述部位，则支护结构的安全性将大大削弱。
三、结语
总体而言，计算值与实测值虽然有差别，但它们的变化趋势是基本吻合的，本工程受施工的影响，桩体实测的水平位移比正常状态下的值要大很多。设计理论计算值为理想状态下的值，不受施工中偶然因素的影响，但在实际工程中，不可能象设计假设的那样进行完全的连续施工，基坑的安全性受偶然因素的影响较大，所以实测值比计算值大也是合乎情理的。因此，要完全掌握基坑开挖过程中的真实动态，通过各种监测手段提前预警是必要的。必须通过施工过程中的监测来指导施工，确保施工过程的安全可靠。