复杂环境下高填方基坑实时监测研究.pdf

复杂环境下高填方基坑实时监测研究 徐 赞,范子坚,廖旭航,张竞巍,王 婷 ( 湖南城市学院土木工程学院,湖南 益阳 413000) 作者简介: 徐赞(1989-) , 男, 助教, 主要研究方向: 岩土工程。 基金项目, 湖南城市学院校级科研课题(2014XJ16) ; 湖南城市学院大 学生创新项目(2015XS45) ; 湖南城市学院土木工程实验教学示范中 心大学生项目(2016CX7) 摘 要:以某高填方深基坑为工程背景,针对其高填 方区域基坑支护结构变形对周边环境的影响进行实时监测, 对其周围环境的深层水平位移、地表沉降实时监测。监测 结果表明该支护方案条件下,基坑工程支护结构位移及周 边环境的沉降得到良好控制,为高填方工程提供工程经验。 关键词:高填方;支护;变形 中图分类号:TU443 文献标志码:B 文章编号:1672-4011(2016)09-0100-03 DOI:10 .3969/j .issn .1672-4011 .2016 .09 .046 Real-time Monitoring of High Fill Foundation in Complex Environment XU Zan,FAN Zijian,LIAO Xuhang,ZHANG Jingwei, WANG Ting (College ofCivilEngineering,HunanCityUniversity, Yiyang 413000,China) Abstract:In high fill deep foundation engineering back - ground,for its high fill area excavation deformation impact on the surrounding environment for real-time monitoring of its deep horizontal displacement of the surrounding environment, real-time monitoring of surface subsidence .Monitoring results show that under the conditions of the support program,set - tling Excavation Support Structure Displacement and the sur - rounding environment is well controlled,to provide high em - bankment of engineering experience Key words:high fil;support;deform 0 前 言 随着中国经济的高速发展,城市建设速度不断加快, 城市用地规模不断扩大,城市土地的利用日益紧张,为了 合理提升城市中土地的使用价值,城市建筑在不断增加建 筑高度的同时还应有效利用建筑工程的地下空间。现在, 基坑开挖深度越来越深,基坑深度的增加使得基坑内外的 水位差与水头压力差增大,从而使基坑周边土体的变形增 大。为减小基坑开挖施工对周边建筑物的影响,在保证建 设工程施工进度的条件下,应有效提高基坑的支护能力。 以往研究者对于基坑监测方向的研究较为单一,对于 支护结构及其周围的变化情况不能做出合理的解释和判断, 使影响支护结构不稳定因素增多,支护结构的支护能力不 足以让人们信服。有效预测基坑变形以及基坑开挖对周围 建筑物的影响,是解决该问题的关键所在。 本文中工程实时监测基坑深层土体水平位移、基坑周 围地表沉降、基坑坡顶水平位移及基坑周围水位,分析监 测数据与支护结构变形,结果表明,原来的支护方案已不 能有效控制支护结构位移及周围建筑物沉降,可供今后与 高填方类似工程的施工借鉴参考。 1 工程概况 某基 坑 开 挖 深 度 约815 m, 规 划 用 地 面 积 为 40 799 .46 m2, 总建筑面积232 739 .19 m2,建筑占地面积 17 721 .66 m2,由一栋超高层建筑、一栋高层建筑及5栋 34层商业用房和地下室组成。 拟建场地东侧用地红线紧邻人行道,人行道分布有污 水管道、电力、电缆、电信及煤气等地下管网;南侧用地 红线紧邻规划中的道路,道路南侧约12 m处为一厂房围 墙;西侧用地红线外422 m( 自北向南) 为空地,其余为厂 房区域;北侧用地红线紧邻人行道,人行道路上存在污水 管道、电力、电缆等地下管网,且紧邻移动、电信发射塔; 基坑的东面和北面交通繁忙且分布有大量的地下市政管线。 基坑周围的平面图见图1。 图1 基坑平面图 2 工程地质及水文地质条件 拟建场地原始地貌为冲沟,现场地已经人工填方整平, 原始地形地貌已改变,场地地势较平坦,大体上西高东低。 勘察期间,测得各钻孔孔口标高为7278 m。 根据野外钻探结果,场地内分布有人工填土层、第四 系新近冲积层、第四系冲积层、第四系残积层,下伏基岩 为元古界板岩和玄武岩。人工填土为素填土,褐黄、灰 褐色,主要由板岩残积土不均匀含约20%35%碎石、块 石、全中风化板岩块或植物根茎组成,稍湿,自上而下 呈稍密松散状态,密实度不均匀,局部主要为碎石、混 凝土块,系新近平整场地堆填而成,层厚0 .524 m。淤泥 质黏土:灰褐、灰黑色,局部钻孔不均匀含少量碎石, 呈湿,软塑状态,局部可塑状态,光泽反应为稍有光泽, 摇震无 反 应,韧 性 中 等,干 强 度 中 等。其 顶 面 埋 深7 001 21 m, 层厚0 .510 m。粉质黏土:褐红夹灰白色条纹, 呈稍湿,硬塑状态,光泽反应稍有光泽,摇震无反应,韧 性中等,干强度中等。其顶面埋深0 .814 m,层厚2 7 m。 粉质黏土:灰黄,灰红色,不均匀含全-中风化块, 局部含石英脉,呈湿,可塑硬塑状态,光泽反应为稍有 光泽,摇震无反应,韧性中等,干强度中等。其顶面埋深 0 .528 m,层厚0 .720 m。 区域水文地质资料显示,该区域地下水类型主要为上 层滞水,上层滞水受大气降水及地表水补给,水位随季节 性变化较大,基岩各风化带内所赋存的地下水为基岩裂隙 水,其水量大小和径流受岩体节理裂隙发育程度、连通性 和构造的控制,其地下水压力场和渗流状态具明显的各向 异性,该层地下水主要受地下水径流侧向补给,且未形成 稳定连续的水位面。场地地下水总体上由场地西侧向东侧 渗流排泄。 3 监测项目及测点布置 基坑周围设置了多个监测项目,用来监测基坑施工过 程中支护结构,周边邻近建筑物的变形性状具体监测情况 见表1。 表1 监测工作量汇总表 序号监测项目名称 位置或监测 对象 仪器 点数 /个 备注 1 顶部水平位移 基坑周 围边坡顶 全站仪 28 监测边坡稳 定性 2 坡 顶 建 ( 构) 筑物、地面道 路变形 基坑周边建 筑与道路 水准仪 40 加强周围路 面保护 3 支护结构深层 水平位移 支护结构整 体变形 测斜仪 12 为围护结构 变 形 加 强 监测 4 坑外水位及地 下动态水位 基坑周边水位计 6 主要监测围 护结构止水 情况 5 锚索轴力监测围护桩锚索 读数仪 传感器 钢筋计 46 对围护体系 受力情况进 行监测 4 实测结果分析 4 .1 深层土体水平位移 深层水平位移是基坑工程的重要监测项目,它是评判 基坑安全和稳定的重要依据。支护结构深层水平位移的大 小及分布不仅与场地的工程地质条件、地面超载情况有关, 还与基坑开挖深度、支护体系刚度等因素有关。 图2为测斜孔CX1中土体深层位移随深度变化曲线, 基坑壁的水平位移随开挖时间的增加而逐渐增大,基坑水 平位移接变化接近线性关系,其中最大水平位移35 mm, 说明在基坑开挖过程中水平位移控制较为合理,并且水平 位移较大位置逐渐下移至施工工作面附近。图3为测斜孔 CX4的深层水平位移变化图,基坑在4 m深度处发生了局部 鼓胀,且鼓胀的变形趋势随工况的完成趋于稳定,具体原 因是基坑壁在6 m左右深度处进行锚索施工,并用圈梁将 锚索连接形成整体,对基坑壁局部造成挤压,导致局部变 形达到52 mm,但在工况完成后基坑壁变形趋于稳定,说 明锚索施工对基坑的深部加固有一定效果。 图2 测斜管CX1各时间段 水平位移观测结果 图3 测斜管CX4各时间 段水平位移观测结果 图4为测斜孔CX6的深层水平位移变化图,测斜管在 不同工况开挖施工情况下,基坑壁的深层水平位移变化较 为均匀,且在基坑进行锚索施工和开挖时未出现局部变形。 基坑工程在施工期间采取集水明排措施,基坑底部水位稳 定,基坑内外也未发生由水头差引发的渗流。 图4 测斜管CX6各时间 段水平位移观测结果 图5 测斜管CX3各时间 段水平位移观测结果 图5为测斜孔CX3中深层水平位移变化,基坑壁的深 层水平位移随施工时间的增加发生了 “ 鼓胀”变形,由于 基坑位于高填方区域,且CX12测斜孔周边存在厂房荷载, 对基坑壁有一定的挤压作用,土体产生较大压缩,自身抗 剪强度降低,基坑在重荷载作用下变形速率加快。 基坑支护结构深层水平位移受基坑开挖扰动的影响较 大,不同深度处的基坑水平位移监测数据有一定的离散性, 但仍具有一些共同的规律,说明基坑开挖确实存在较明显 的时空效应。在基坑开挖初期,支护结构的深层水平位移 较小,沿深度方向大致呈线性分布,最大水平位移出现在 地表附近;随着基坑的进一步开挖,基坑深度逐渐增加, 支护结构水平位移随之增大,最大水平位移点出现在地表 以下一定深度;当基坑开挖至设计标高,并施作下部结构 后,支护结构深层水平位移变化量及变化速率明显减小并 趋于稳定。 4 .2 基坑周边地表沉降监测结果分析 对基坑周边地表进行沉降监测,保护周围环境在基坑 施工期间免遭破坏,保证周边建筑物、市政管线、道路的 正常使用功能。本基坑工程按设计要求在基坑周边及一定 影响范围内设置了30个地表沉降观测点,并在场地南北两 侧距基坑100 m、通视条件良好的不受基坑施工影响的区 域各设置了1组水准点,作为监测基准点。 图67为沉降观测点的地表沉降-时间曲线。由图可 知,监测点的沉降变化表现出良好的规律性,在整个变化 过程中,基坑周边地表沉降大致可分为缓慢沉降、急剧沉 降和平稳沉降三个阶段。在基坑施工开挖初期,由于开挖 深度较浅,地层所受荷载较小沉降发展缓慢;随着基坑开 101 挖深度增加,基坑受力情况变得复杂,致使地表沉降加快; 当基坑开挖至基坑底部后,受力稳定且沉降增长变缓,沉 降趋于稳定。监测数据显示,地表累积沉降量最大值为- 67 .81 mm,平均沉降速率为-0 .47 mm/d,位于高填方区 域的C2#沉降观测点处,沉降量超过预警值-60 mm;地 表累积 沉 降 量 最 小 值 为-6 .35 mm,平 均 沉 降 速 率 为 -0 .04 mm/d, 位于C6#沉降观测点处。 图6 沉降点C2#各时间段竖向 位移观测结果 图7 沉降点C6#各时间段竖 向位移观测结果 5 结 论 (1)在高填土区域基坑的开挖施工过程中需要考虑周 围土层的变形影响,基坑侧向变形沿深度方向存在局部鼓 胀现象,基坑最大水平位移约为0 .26% Hm0 .64% Hm (Hm为基坑最大开挖深度) ,基坑的侧向蠕变位移占总位移 量的比例为43%52%,侧向变形蠕变速率由缓慢增加然 后基本趋于稳定的状态,蠕变速率与工程地质条件和周边 环境情况有密切联系。 (2)沉降观测数据表明,土体沉降与基坑施工开挖情 况有密切联系,开挖深度浅,变形量小,开挖深度增加, 沉降加快,施工至基坑底部时变形趋于稳定。 (3)监测结果表明,该支护方案能较好的满足基坑支 护结构的变形位移及周边环境的沉降要求,对高填方地区 类似基坑工程的施工提供参考经验。ID:003253 参 考 文 献: 1 JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程S. 2 GB50086-2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范S. 3 孙凯, 许振刚, 刘庭金, 等.深基坑的施工监测及其数值模拟分 析J.岩石力学与工程学报, 2004,23(2) :293-298. 4 叶帅华, 朱彦鹏, 周勇.兰州市某复杂深基坑工程设计与监测分 析J.岩石力学与工程学报, 2011,33(S1) :431-437. 5 任永忠, 朱彦鹏, 周勇.兰州市某深基坑支护设计及监测研究分 析J.岩石力学与工程学报, 2012,34(S1) :705-710. ( 上接第98页) 2 .8 卡钻与埋钻 在钻进施工过程中易出现卡钻、埋钻等问题,主要造 成钻头正常地提升困难,或者根本无法有效地提升等现象。 其防治措施如下。 1)当钻孔施工时遇到钻具被卡夹的现象,可以向下吊 放钻头,再瞬时迅速上提钻头,迫使坚硬的探头石受到侧 向力缩回,然后顺利提起钻头。 2)钻进施工遇到地质体复杂的岩层或者软硬互层的岩 层时,因为钻头在穿透岩层突变受力发生突变,因而造成 卡夹钻具,此时可运用爆破法,依靠爆破产生的地震效应, 迫使钻头出现松动,以达到拔出钻头的目的。 3)因为机械出问题等原因以致钻头在泥浆中长时间滞 留,如果泥浆出现沉淀则会导致钻头无法正常地升降,此 时则需架设高压水管,向泥浆中高压输水以置换泥浆,使 泥浆稀释,从而达到拔出钻头的目的。 4)灌注混凝土时,需要对混凝土搅拌时间加以限制, 另外也要对混凝土的坍落度范围实施控制。混凝土中的水、 砂和水泥配比要合规,正常情况下混凝土的坍落度宜为17 23 cm,混凝土中颗粒的最大直径不能高于导管直径和钢 筋笼主筋间距的1/4,一般情况下为提高混凝土的流动性和 延缓混凝土的初凝,可适当地掺加一些添加剂 6。 5)保证导管的密封性能和耐压性能,导管在安装前要 进 行 压 力 和 密 封 性 能 测 试, 压 力 正 常 范 围 为0 .6 1 .1 MPa,防治导管因为密封性能或者耐压性能不好而出现 渗水,一旦渗水,混凝土易发生离析,局部凝结,从而卡 夹钻具。另外,混凝土输送时应缓慢倒入含漏斗的导管中,