环形支撑在深基坑施工过程中监测数据的分析

张武军

（上海申元岩土工程有限公司，上海200041）

1 引言

一个项目的开展、设计根据项目的特点、变形的要求以及为业主经济方面的考虑，设计一套安全度较高、施工速度快的支撑体系。我们常见的支撑体系有：地下连续墙支护、围护排桩支护、钢筋混凝土支撑体系、钢支撑体系、放坡支护以及简单的水平支撑体系等等[2]。

2 宝山区淞南镇N12-0102单元03-01地块项目基坑监测实例

2.1 工程概况

本工程建设场地位于宝山区国帆路、丁巷宅路、瑞吉路及淞行路合围地块内，项目用地面积约6.7万㎡，在建项目总建筑面积约13.4万㎡，地下建筑面积约8.43万㎡，地上建筑由1幢16层商务办公楼、3幢11～15层小型办公楼、4幢17～35层公寓式办公楼，共8幢楼组成，项目整体设置两层地下室。本工程平面位置示意图如图1。

本工程基坑安全等级：本工程开挖深度9.25～10.85m，根据上海市《基坑工程技术规范》，基坑工程安全等级划分为二级。

图1 工程平面位置示意图

本工程基坑西侧原水管及工作井与基坑最小距离约11.9m，位于1倍开挖深度范围外，基坑工程环境保护等级划分为二级。

2.2 工程围护及支护形式

本工程Ⅰ期基坑围护方案：浅层卸土放坡+灌注排桩结合多轴水泥土搅拌桩止水帷幕+一道水平钢筋混凝土支撑,支撑平面布置以对撑+两个半圆环+角撑+边桁架的形式；浅层卸土2.5m，按1：1.5放坡，基坑南侧设置7m平台，基坑东侧和北侧设置5m平台。

Ⅱ期基坑围护方案采用：灌注排桩结合多轴水泥土搅拌桩止水帷幕+两道水平钢筋混凝土支撑。

2.3 监测项目及重点内容

监测工作为实时信息反馈，及时对施工及设计方案进行指导及验证，而设计及施工单位在收到监测数据时，又依据监测数据对施工方案及设计方案进行调整、优化。通过对支护结构和周围环境的监测，能随时掌握土层和支护结构内力的变化情况，以及对坑外土体放坡位移的监测，邻近建筑物、地下管线和道路的变形情况，将监测数据与设计计算值进行对比和分析，随时采取必要的技术措施，以保证在基坑施工过程中，不会对围护本身及环境造成不利影响[1]。

2.4 监测数据分析

本工程监测周期历时17个月左右。根据时间节点，将工程划分为三个周期：第一周期为桩基施工至首层土方开挖完成；第二周期为土方开挖至底板混凝土浇捣完成；第三周期为地下结构施工至土体回填完成。

2.4.1 墙体测斜监测数据分析（图2，图3）

本项监测内容于2017年2月10日开始，至2017年7月10日大底板混凝土完成施工。从历时曲线图上可以看出，土方开挖打破坑内外荷载平衡而引起围护体系向基坑内侧发生位移，土方在开挖初期，坑外土压力的突然释放，致使各测点均产生了相对较大的变形趋势，局部点位已达设计累计报警值，我方已在第一时间通知各方，加快施工进度，采取相应的技术措施，最大程度地减小对围护体系的影响。随着土方开挖的不断加深，各测点的最大位移点逐渐下移，位于开挖面以下3～5米，说明基坑开挖过程中随着深度的不断加深，墙后主动土压力在纵深方向也在不断增大。至大底板混凝土浇捣完成，各测点基本上趋于稳定。

至2017年11月11日，本项监测工作完成，从历时曲线图上可以得出，在地下结构施工期间，各测点均变化不大；在支撑拆除过程中，坑内支撑体系力度的释放，坑外土压力向坑内位移，产生一定的变形趋势，待支撑拆除完成，受扰动的土体重新固结，各测点达到相对稳定值。

2.4.2 围护桩顶位移监测数据分析（图4，图5）

从历时曲线图上可以看出，基坑开挖卸荷打破围护墙前后土压力平衡后，在墙后土压力作用下，围护墙向基坑内侧移动，围护墙顶产生水平位移，这是土压力载荷作用下的正常反应；另一方面，随着坑内土体的回弹，围护体系也会出现上浮现象。由于本基坑开挖面积大、围护延伸长、支撑跨度大、土方开挖较深等因素的影响，围护墙顶水平位移在土开挖过程中产生了较大的变形趋势，与墙体测斜监测数据相符。进行地下结构施工过程中，因上部荷载的加大，墙项垂直位移整体处于下降趋势。在支撑拆除过程中，桩顶水平位移均产生了较大的变形趋势，整体向坑内位移，与测斜数据相符，待土体重新固结，各测点已相对稳定。

2.4.3 立柱、环撑监测数据分析

图2 墙体CX5测斜孔历时曲线图

图3 墙体CX18测斜孔历时曲线图

图4 围护桩垂直位移历时曲线图

图5 围护桩水平位移历时曲线图

在土方在开挖期间，坑内大量土方卸载，势必会引起坑底土体的回弹，进而带动立柱桩抬升。通过立柱顶部的垂直位移监测，间接掌握坑内隆起情况。土方在开挖初期，下方土体会产生较大的力度释放，变形趋势较为明显。随着土方开挖完成，垫层浇筑后，各测点已相对稳定；在地下结构施工过程中，受上部荷载的加大，各测点处于稳定的下降趋势，均变化不大。

2.4.4 支撑轴力监测数据分析（图6，图7）

从数据及曲线图上可以得出：①两个半圆环内径环整体处于受压趋势，并且轴力值接近，受力均匀。②半圆环外径因支撑的跨度，施工的进度以及施工面的影响，受力不同。③对撑在整个施工期间，受力均匀，未出现不正常的监测数据。④变化趋势为土方开始施工，轴力值迅速增大，并且随着土方面积的扩大，深度的加深，变化趋势持续增大，待土方开挖完成，轴力达到最高峰值，趋于稳定。结构施工过程中，轴力值较为平稳，变化不大。

2.4.5 坑外水位监测数据分析

水位变化主要与外围地下水补给及围护止水效果有关，在止水效果固定的情况下，雨天地下水位会有明显上升；在相同天气条件下，若止水帷幕出现渗漏或径流，坑外水位就会处于下降趋势。在施工期间局部点位下降速率过大，主要因围护体系产生了渗漏及径流有关，待堵漏及时形成后，各测点均已稳定。

2.4.6 坡顶位移监测数据分析

在土方开挖初期，各测点相对稳定，变化不大；随着开挖深度的加深，施工周期的延长，各测点均产生了明显的下降趋势；随着后续施工的进行，土方开挖的不断加深，外侧土压力的增大，围护体系向坑内产生了相对较大的位移，致使坑外坡顶垂直及水平位移均产生了一定的变形趋势，待底板混凝土浇捣完成，各测点相对稳定。

图6 支撑轴力监测数据

图7 支撑轴历时曲线图

2.4.7 地表、管线垂直位移监测数据分析

2016年8月26日至2016年10月15日本工程进行桩基施工，局部点位因土体加固的影响，监测点位整体处于上升趋势，变化速率正常。

2016年10月15日至2017年2月10日进行首层土方开挖施工，随着土方开挖的进行，外侧土压力的增大，并且因重载车载的碾压，各监测点位产生了明显的下降趋势，局部点位下降速率过大，致使在较短的时间内局部点位达到累计报警值，我方已在第一时间通知各方对周边重荷载区域进行重点保护。

2017年2月10日至7月10日进行第二层土方开挖施工，从曲线图得出，土方开挖打破坑内外荷载平衡而引起围护体系向基坑内侧发生位移，致使外侧土体产生一定的位移量，各测点趋于下降趋势，并且随着土方开挖深度的不断加深，围护墙体变形继续增大，外侧土体向坑内位移，位置大致在管口以下5～8米左右，因位移的深度距±0.00地面有一定的距离，致使在前期施工过程中，管线、地表位移的变形未能全部反映到监测数据中。随着施工的进行、时间的推移，下方的位移量慢慢延续至顶部，致使在后续的施工过程中各测点的日变化及累计变化继续增大。

在地下结构施工期间，各测点相对稳定，主要变形因施工周期的延长而产生平稳下降趋势。

2.4.8 建筑垂直位移监测数据分析

北侧公交车站建筑主体在本工程施工过程中，各监测点位影响不大。西南角业主办公室受土体的扰动，在施工期间，出现了较大的下降趋势，变化速率正常。

3 结论

通过对本工程的监测数据分析，可以认为：

①环形支撑体系在深基坑施工过程中对围护体本身及环境的影响并不大，所产生的变形和影响，尚属正常。②监测为施工提供了必要的信息，起到了施工“眼睛”的作用，为施工的顺利进行和工程的安全提供了保证。③监测成果表明，应用先进的监测仪器及时获取信息（监测数据），对信息进行科学的管理和使用为施工提供了有力的保障。④本工程的各种原始记录和计算成果均经检查和校核，所提供的各项监测数据均真实准确，因而可供设计和施工参考之用。