论文部分内容阅读
摘要：基坑周围环境复杂多变、工程地质条件影响因素较多，基坑开挖成为一项复杂的综合性岩土工程。随着人们对地下空间的开发利用，密集建筑群施工中出现了大量的基坑工程，并且基坑的开挖越来越深、面积越来越大，基坑支护体系的设计和施工越来越复杂。因此，基坑施工过程中，对支护结构和周边的建（构）筑物进行系统、全面的实时监测，将监测信息及时反馈并进行分析，从而判断支护结构及周边环境的安全状态，对出现异常或紧急情况时及时报警，并采取必要的工程应急措施，确保施工安全。因此，本文以南京禄口国际机场二期建设工程航站区交通中心、停车库和地铁车站的基坑为例讨论深基坑的开挖与支护。
关键词：超大面积；深基坑；土方开挖；支护结构；基坑监测
Abstract: Pit Ambience complex, influenced by many factors engineering geological conditions, excavation become a complex and comprehensive geotechnical engineering. With the development and utilization of underground space, dense buildings there have been massive construction excavation engineering and excavation pit deeper and deeper, growing area, Bracing design and construction of more and more complicated. Therefore, the foundation pit construction process, the supporting structure and surrounding the building (structure) systematic and comprehensive real-time monitoring, timely feedback of information will be monitored and analyzed in order to determine the supporting structure and the surrounding environment, security status, for the occurrence of abnormal or emergency situations timely warning and take the necessary engineering contingency measures to ensure construction safety.Key words: large area; deep foundation; earth excavation; supporting structure; excavation monitoring
中圖分类号：TV551.4+2文献标识码：A 文章编号：
1.现场监测
1.1工程概括
南京禄口国际机场二期建设工程航站区交通中心、停车库和地铁车站的基坑均采用整体式深基坑明挖施工，开挖面积约10万平米，土石方量约100万方。地铁车站下穿交通中心和停车库，总体施工区平面布置示意图如图2.1所示。
图2. 1 总体施工区平面布置示意图
本工程施工场区为大面积深基坑开挖，支护安全等级为一级，针对复杂的地质条件和较复杂的周边环境条件，重点进行了基坑开挖支护的监测和分析。
1.2 工程地质、水文条件
本工程范围内的主要土层有：杂填土，素填土，粘土、粉质粘土，残积土，全风化、强风化及中风化安山（角砾）岩。受南京禄口机场一期工程场区整平影响，本基坑杂填土区域较大，厚度不均，基坑杂填土较厚区域开挖及防护风险较大，加强了对支护结构的监测。基坑面积大，坑内地质条件复杂，交通中心鲜有石方开挖，但停车楼和地铁基坑内又有大量坚硬石方采用了爆破施工。场地勘察深度内地下水主要为赋存于素填土、粉质粘土及粉质粘土中的上层滞水~孔隙潜水，安山（角砾）岩中的基岩裂隙水。地下最高水位一般在7~8月份，最低水位多出现在旱季12月份至翌年3月份。2011年3月量测的地下水稳定水位在地面下0.6~2.5m，地下水位随季节性变化，年变化幅度在1.0m左右。本基坑的土方开挖和支护结构施工受地表水和大气降水影响较大。
1.3 支护结构类型
本工程将交通中心、停车楼和地铁车站作为一个超大面积基坑整体开挖，根据基坑挖深、地质条件及周边环境，基坑采用“桩+内支撑”、“桩+锚杆”、“纯土钉墙”、“复合土钉墙”、“多级放坡”等多种支护结构类型。基坑支护施工平面布置图如图2.2所示。
图2. 2 基坑支护施工平面布置图
1.4 监测点的布置
根据对本基坑地质、水文、气象等条件的分析，对设计图纸的深入研究，进行本基坑支护结构的监测点布置，基坑支护结构监测点的布置示意图如图2.3和2.4所示。
图2. 3 基坑支护结构平面监测点的布置图
图2. 4 基坑支护剖面监测点的布置图（a）
图2. 5 基坑支护剖面监测点的布置图（b）
1.5 监测内容
本工程周边环境复杂，需保护的周边建（构）筑物对基坑开挖变形的要求比较高，根据现场条件、支护方案及相关的规范[2~4]，同时结合设计要求及南京市有关深基坑管理办法要求，本工程对以下项目内容进行监测：
（1）水平（垂直）位移监测（边坡坡顶、支护桩桩顶、土钉墙墙顶）；
（2）支护结构及外侧土体的深层水平位移监测（测斜）；
（3）锚索内力；
（4）土钉内力监测；
（5）支撑轴力监测；
（6）立柱的垂直位移监测；
（7）坑外水位监测；
（8）基坑周边地表断面沉降监测；
（9）基坑周边建（构）筑物的监测。
不同监测内容的监测点数量表2.1所示：
表2. 1 不同监测内容的监测点数量表
1.6 基坑开挖监测的预警指标及报警
根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009（8.0.7）的要求，基坑工程监测报警值应以监测项目的累计变化值和变化速率值两个指标来控制[5]。本工程超大面积深基坑土方开挖支护各监测项目的预警指标数值见表2.2所示。
表2. 2 基坑监测预警指标数值表
2.监测结果分析
本基坑监测点布置数量较多、监测周期较长，达9个月，监测数据量庞大。为了清晰明了的展现监测结果，进行监测结果的分析，本文选取监测期内波动或突变比较大的监测项目的监测点数据结果进行图示分析，如图3.1~图3.6所示：
（1）D61-D70监测点的坡顶水平位移监测结果
图3. 1 D61~D70监测点的坡顶水平位移监测结果
（2）D61~D70监测点的坡度竖向位移监测结果
圖3. 2 D61~D70监测点的坡顶竖向位移监测结果
（3）TD1-1~TD5-1监测点的土钉内力监测结果
图3. 3 TD1-1~TD5-1监测点的土钉内力监测结果
（4）H1~H10监测点的基坑周边建（构）筑物竖向位移监测结果
图3. 4 H1~H10监测点的建（构）筑物竖向位移监测结果
（5）LZ1~LZ10监测点的立柱差异沉降监测结果
图3. 5 LZ1~LZ10监测点的立柱差异沉降监测结果
（6）R11~R16监测点的地表竖向位移监测结果
图3. 6 R11~R16监测点的地表竖向位移监测结果
通过对以上监测项目局部监测点的结果分析可知：
a、在坡顶水平位移监测点中：D67是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为37.5mm，未超过报警值40mm；D64是变化速率最大监测点，监测期末的变化速率为0.30mm/d，也仍未超过报警值3mm/d。
b、在坡顶竖向位移监测点中：D68是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为20.5mm，未超过报警值40mm；D65是变化速率最大监测点，监测期末的变化速率为0.30mm/d，也仍未超过报警值3mm/d。
c、在土钉内力监测点中：TD2-1是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为35.72KN，未超高报警值（设计值的70%）。
d、在基坑周边建（构）筑物竖向位移监测点中：H7是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为11.4mm，未超高报警值30mm。
e、在立柱差异沉降监测点中：LZ2是累计变化量和变化速率均为最大的监测点，监测期末的累计变化量和变化速率分别为6.3mm和0.15mm/d，未超高报警值20mm和3mm/d。
f、在地表竖向位移监测点中：R12是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为8.2mm，未超高报警值30mm；R16是变化速率最大监测点，监测期末的变化速率为0.15mm/d，也仍未超过报警值4mm/d。
由以上图示信息及结果分析可知[6]，本项目工程的支护结构及周边环境均达到安全生产的目的，各监测项目的累计监测数值随着基坑开挖的进程而呈现以下变化规律：
①基坑土方开挖初期，各监测项目的变形值相应较大；当开挖临近尾声时，各监测项目的变形值又逐步变小并逐渐收敛。
②支护结构的内力变化与基坑土方开挖的进程也有着明显的变化规律，随着基坑土方开挖深度的增加，支护结构的内力呈现增大趋势。当基坑土方开挖结束后，支护结构的内力开始慢慢减小并趋于稳定。
③由监测数据结果分析图示可看出，各监测项目监测数据随时间推移也存在部分突变点和波动较大的点。结合现场情况和施工当季的天气情况分析，产生该现象的可能原因主要有：杂填土层遇雨冲刷、浸泡后松动，坡顶局部堆载超限，坡顶排水措施不到位产生渗透现象，支护不及时引起边坡土体水平位移、垂直沉降过大，周边建筑沉降影响等。
参考文献：
[1]刘继国,曾亚武.FLAC3D在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用[J].岩土力学,2006,27(3):505-508.
关键词：超大面积；深基坑；土方开挖；支护结构；基坑监测
Abstract: Pit Ambience complex, influenced by many factors engineering geological conditions, excavation become a complex and comprehensive geotechnical engineering. With the development and utilization of underground space, dense buildings there have been massive construction excavation engineering and excavation pit deeper and deeper, growing area, Bracing design and construction of more and more complicated. Therefore, the foundation pit construction process, the supporting structure and surrounding the building (structure) systematic and comprehensive real-time monitoring, timely feedback of information will be monitored and analyzed in order to determine the supporting structure and the surrounding environment, security status, for the occurrence of abnormal or emergency situations timely warning and take the necessary engineering contingency measures to ensure construction safety.Key words: large area; deep foundation; earth excavation; supporting structure; excavation monitoring
中圖分类号：TV551.4+2文献标识码：A 文章编号：
1.现场监测
1.1工程概括
南京禄口国际机场二期建设工程航站区交通中心、停车库和地铁车站的基坑均采用整体式深基坑明挖施工，开挖面积约10万平米，土石方量约100万方。地铁车站下穿交通中心和停车库，总体施工区平面布置示意图如图2.1所示。
图2. 1 总体施工区平面布置示意图
本工程施工场区为大面积深基坑开挖，支护安全等级为一级，针对复杂的地质条件和较复杂的周边环境条件，重点进行了基坑开挖支护的监测和分析。
1.2 工程地质、水文条件
本工程范围内的主要土层有：杂填土，素填土，粘土、粉质粘土，残积土，全风化、强风化及中风化安山（角砾）岩。受南京禄口机场一期工程场区整平影响，本基坑杂填土区域较大，厚度不均，基坑杂填土较厚区域开挖及防护风险较大，加强了对支护结构的监测。基坑面积大，坑内地质条件复杂，交通中心鲜有石方开挖，但停车楼和地铁基坑内又有大量坚硬石方采用了爆破施工。场地勘察深度内地下水主要为赋存于素填土、粉质粘土及粉质粘土中的上层滞水~孔隙潜水，安山（角砾）岩中的基岩裂隙水。地下最高水位一般在7~8月份，最低水位多出现在旱季12月份至翌年3月份。2011年3月量测的地下水稳定水位在地面下0.6~2.5m，地下水位随季节性变化，年变化幅度在1.0m左右。本基坑的土方开挖和支护结构施工受地表水和大气降水影响较大。
1.3 支护结构类型
本工程将交通中心、停车楼和地铁车站作为一个超大面积基坑整体开挖，根据基坑挖深、地质条件及周边环境，基坑采用“桩+内支撑”、“桩+锚杆”、“纯土钉墙”、“复合土钉墙”、“多级放坡”等多种支护结构类型。基坑支护施工平面布置图如图2.2所示。
图2. 2 基坑支护施工平面布置图
1.4 监测点的布置
根据对本基坑地质、水文、气象等条件的分析，对设计图纸的深入研究，进行本基坑支护结构的监测点布置，基坑支护结构监测点的布置示意图如图2.3和2.4所示。
图2. 3 基坑支护结构平面监测点的布置图
图2. 4 基坑支护剖面监测点的布置图（a）
图2. 5 基坑支护剖面监测点的布置图（b）
1.5 监测内容
本工程周边环境复杂，需保护的周边建（构）筑物对基坑开挖变形的要求比较高，根据现场条件、支护方案及相关的规范[2~4]，同时结合设计要求及南京市有关深基坑管理办法要求，本工程对以下项目内容进行监测：
（1）水平（垂直）位移监测（边坡坡顶、支护桩桩顶、土钉墙墙顶）；
（2）支护结构及外侧土体的深层水平位移监测（测斜）；
（3）锚索内力；
（4）土钉内力监测；
（5）支撑轴力监测；
（6）立柱的垂直位移监测；
（7）坑外水位监测；
（8）基坑周边地表断面沉降监测；
（9）基坑周边建（构）筑物的监测。
不同监测内容的监测点数量表2.1所示：
表2. 1 不同监测内容的监测点数量表
1.6 基坑开挖监测的预警指标及报警
根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009（8.0.7）的要求，基坑工程监测报警值应以监测项目的累计变化值和变化速率值两个指标来控制[5]。本工程超大面积深基坑土方开挖支护各监测项目的预警指标数值见表2.2所示。
表2. 2 基坑监测预警指标数值表
2.监测结果分析
本基坑监测点布置数量较多、监测周期较长，达9个月，监测数据量庞大。为了清晰明了的展现监测结果，进行监测结果的分析，本文选取监测期内波动或突变比较大的监测项目的监测点数据结果进行图示分析，如图3.1~图3.6所示：
（1）D61-D70监测点的坡顶水平位移监测结果
图3. 1 D61~D70监测点的坡顶水平位移监测结果
（2）D61~D70监测点的坡度竖向位移监测结果
圖3. 2 D61~D70监测点的坡顶竖向位移监测结果
（3）TD1-1~TD5-1监测点的土钉内力监测结果
图3. 3 TD1-1~TD5-1监测点的土钉内力监测结果
（4）H1~H10监测点的基坑周边建（构）筑物竖向位移监测结果
图3. 4 H1~H10监测点的建（构）筑物竖向位移监测结果
（5）LZ1~LZ10监测点的立柱差异沉降监测结果
图3. 5 LZ1~LZ10监测点的立柱差异沉降监测结果
（6）R11~R16监测点的地表竖向位移监测结果
图3. 6 R11~R16监测点的地表竖向位移监测结果
通过对以上监测项目局部监测点的结果分析可知：
a、在坡顶水平位移监测点中：D67是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为37.5mm，未超过报警值40mm；D64是变化速率最大监测点，监测期末的变化速率为0.30mm/d，也仍未超过报警值3mm/d。
b、在坡顶竖向位移监测点中：D68是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为20.5mm，未超过报警值40mm；D65是变化速率最大监测点，监测期末的变化速率为0.30mm/d，也仍未超过报警值3mm/d。
c、在土钉内力监测点中：TD2-1是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为35.72KN，未超高报警值（设计值的70%）。
d、在基坑周边建（构）筑物竖向位移监测点中：H7是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为11.4mm，未超高报警值30mm。
e、在立柱差异沉降监测点中：LZ2是累计变化量和变化速率均为最大的监测点，监测期末的累计变化量和变化速率分别为6.3mm和0.15mm/d，未超高报警值20mm和3mm/d。
f、在地表竖向位移监测点中：R12是累计变化量最大监测点，监测期末的累计变化量为8.2mm，未超高报警值30mm；R16是变化速率最大监测点，监测期末的变化速率为0.15mm/d，也仍未超过报警值4mm/d。
由以上图示信息及结果分析可知[6]，本项目工程的支护结构及周边环境均达到安全生产的目的，各监测项目的累计监测数值随着基坑开挖的进程而呈现以下变化规律：
①基坑土方开挖初期，各监测项目的变形值相应较大；当开挖临近尾声时，各监测项目的变形值又逐步变小并逐渐收敛。
②支护结构的内力变化与基坑土方开挖的进程也有着明显的变化规律，随着基坑土方开挖深度的增加，支护结构的内力呈现增大趋势。当基坑土方开挖结束后，支护结构的内力开始慢慢减小并趋于稳定。
③由监测数据结果分析图示可看出，各监测项目监测数据随时间推移也存在部分突变点和波动较大的点。结合现场情况和施工当季的天气情况分析，产生该现象的可能原因主要有：杂填土层遇雨冲刷、浸泡后松动，坡顶局部堆载超限，坡顶排水措施不到位产生渗透现象，支护不及时引起边坡土体水平位移、垂直沉降过大，周边建筑沉降影响等。
参考文献：
[1]刘继国,曾亚武.FLAC3D在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用[J].岩土力学,2006,27(3):505-508.