广州运达商业广场项目基坑监测与变形分析

赵 玲

(广东省地质测绘院, 广东 广州 510800)

0 引言

随着经济的高速发展,城市建设发展速度越来越快,高层、超高层建筑数量越来越多,有二层以上的深基坑工程已经成为建设工程中数量较多、投资较大、施工难度较高、风险程度较大的工程[1-2]。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性,仅根据地质勘察资料和室内土工试验参数来确定设计和施工方案,往往含有许多不确定因素,对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节,同时,也是指导正确施工的眼睛,是避免事故发生的必要措施。因此,第三方基坑监测与工程的设计、施工同被列为地下工程质量保证的三大基本要素。为了保证施工质量、及时发现施工隐患、保护工程和基坑周边环境的安全性,必须对基坑本身及基坑周边环境进行全面、系统地监测,才能对基坑及周围环境的安全性及影响程度做全面的了解,为施工提供安全保障[3-6],因此,基坑监测在工程建设过程中有着非常重要的意义。本文将结合自身工作实践,对基坑监测内容及过程进行论述,并对基坑开挖到回填完成整个过程的监测数据进行分析,以期为本地区类似工程提供有益经验,并为安全施工保驾护航。

1 工程概况

潭村运达商业广场项目位于广州白云区石井街潭村平沙北街北侧,该商业广场设二层地下室,基坑周长793 m,基坑深度7.85～8.95 m,综合考虑基坑的开挖深度、场地地形地质情况和周边环境等情况,本基坑采用＂灌注桩+预应力锚索＂的支护结构,采用搅拌桩作为截水帷幕。基坑侧壁安全等级南侧区段为一级,北侧、东侧和西侧区段为二级。

2 监测项目

本工程地质情况较复杂,对变形监测精度要求高,结合支护设计方案,以及基坑周边环境对监测项目的影响,根据《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2016)及《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497-2009)要求,按照安全、经济、合理的原则进行监测。实施的监测内容、数量及相应仪器见表1。

表1 监测项目情况表

3 监测方案与实施

3.1 点位埋设

3.1.1基准点及工作基点布设

基准点是检验和直接测定观测点的依据,要求在整个观测过程中稳定不变[7-8]。基准点位置的选择除考虑现场的实际情况外,还应满足以下要求:

(1)设在建筑物和构筑物基础压力影响的范围以外;

(2)应埋设在便于保护及观测时视线不受阻挡的位置;

(3)埋设时应避开地下水渠和管线。

为便于校核,根据本项目的实际情况及相关规范,围绕基坑外围基坑变形范围外布设3个水平位移基准点、3个沉降监测基准点、5个工作基点。

3.1.2监测点布设

本项目监测点主要分为基坑支护顶部的位移点、基坑支护顶部的沉降点和周边土体的沉降点、深部位移监测点(测斜管)以及锚杆内力监测点。位移点布设在基坑冠梁顶部,同时也作为基坑支护的沉降点,周边土体沉降点布设在受基坑开挖所影响的周边道路,监测点的埋设位置应保证施工期间内能顺利进行观测,并能正确反映基坑维护结构顶部或周边地面的沉降情况。

所采用的监测点测量标志,一端加工成光滑圆头(中心刻圆点作基坑水平位移监测点)作为观测立尺点。采用冲击钻植入监测平面布置图中拟测相应位置,周围浇灌水泥砂浆固定。

深层水平位移监测点是在基坑冠梁浇筑之前按照设计图纸布设测斜管,测斜管采用带内导槽的φ75特制的PVC塑料测斜管,间隔约20 m,支护结构的钢筋笼绑扎埋设,绑扎间距不宜大于1.5 m;管底宜与钢筋底部持平或略高于钢筋笼底部,顶部超出地面0.3 m左右。

锚杆内力监测点主要是布设锚索测力计。锚索测力计的安装则随着施工的进展,在施工单位进行锚索锁定时放置,在测力计和墙体受力面间增设钢垫板,防止锚索受力后受力面位置变形下陷,锚索测力计安装在锚垫板和锚头之间。

基准点及观测点埋设好后,会同监理、施工单位制定保护措施,明确施工单位的保护责任人,严防点位的碰动和破坏。

3.2 监测频率

依据《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497-2009)及“基坑监测平面布置图”的要求,各项监测工作的时间间隔根据设计图纸要求确定如表2所示。

表2 基坑监测项目监测频率

3.3 基坑监测预警值

建筑物施工监测的预警值就是设定一个定量化指标系统,在其容许的范围内认为建(构)筑物是安全的,并对周围环境不产生有害影响,在其容许的范围外则认为建(构)筑物是非稳定的或危险的,并将对周围环境产生有害影响。本项目施工监测的预警值是根据设计图纸要求及综合考虑规范、设计计算要求、安全要求和经济等因素确定,具体见表3～4。锚索拉力观测预警，一等报警值为70% f，二等报警值为80% f。

表3 基坑个监测项目预警值

表4 基坑锚索预警值

4 监测数据分析

该项目施工周期较长,从基坑开挖到基坑回填完成经过1 a的监测,基坑支护监测共进行了209次,监测次数多,数据量大。为了更直观地对比基坑监测结果,本次分析仅选择变形量较大的东部和南部基坑数据进行分析、处理。

4.1 水平位移监测分析

地基在水平方向上受到力的影响较多,如地震和地下水系的冲击等都有可能对地基在水平方向上的稳定性造成影响[9]。根据监测实际情况,选取典型监测点进行分析,由图1曲线分布情况可知,随着基坑土方开挖,支护结构的变形经历了由小至大、逐步趋于稳定的过程,呈“中部大、两端小”的大肚状,符合基坑开挖过程中支护结构的变形规律。基坑东部S14累计水平位移量最大,为39.53 mm,其次是S13和S20,分别为36.27和31.07 mm。监测数据标明,基坑东南侧水平位移较大,主要原因一是该区地层结构较差,以淤泥质土层和砂层为主,二是该区域主要是施工区域进出场道路,荷载较大。

图1 支护结构水平位移曲线图

4.2 竖向位移监测分析

竖向位移监测同水平位移监测周期,共进行了209次监测。经过数据分析,累计沉降量最大的为S14,为15.48 mm,各监测点具体变化曲线见图2,基坑开挖过程中总体是沉降的,个别点开挖过程中有反弹(如S13、S17、S20、S25),但反弹量较小。后期开挖稳定后,变化较为平缓,整个基坑施工期间,沉降量及沉降速率均未超出预警范围。

图2 支护结构竖向位移曲线图

4.3 周边地表沉降监测分析

由图3可知,累计沉降曲线整体经历了由大变小,并逐步趋于稳定的过程。在0～6个月时,处于土方开挖阶段,周边道路和建筑物呈现整体增大的趋势,6个月之后,由于底板混凝土的施工完成并回填,逐步趋于稳定。所以在基坑开挖的过程中,要时刻关注施工过程的安全性,提高警惕,一旦达到报警值,要及时停止施工,并采取应急处置措施。

图3 周边地表沉降位移曲线图

4.4 深层水平位移监测分析

统计分析测斜结果,在基坑土方开挖过程中,测斜位移是随着深度逐渐增大的,超过基坑开挖底面,逐渐趋于稳定,其中开挖深度4～7 m的位移量最大。分析整个区域,东南角深层水平位移监测数据变化量较大,原因是东南角地层结构较差,主要有淤泥质土和砂层组成。

4.5 锚杆内力监测分析

锚杆张拉前,在垫板处安装锚索测力计,然后在锚索测力计外安装锚头进行张拉锁定[10]。按照设计,在基坑四周设置两道预应力锚杆,并对该锚杆进行应力监测,应力计安装之后整个监测期间共进行了89次监测。由于基坑面积较大,采取边开挖边回填的方式,锚杆内力监测的数量和位置均有变化。通过后期数据分析,各监测点监测值在410～800 kN之间,曲线总体呈现正向增长趋势,部分低于承载力设计值430 kN,但未超出70%承载力预警的范围,在底板浇筑之后,钢支撑的轴力增长速率放缓,逐渐趋于稳定。从总体上看,符合设计预期。

5 结束语

变形监测为工程建设过程安全施工提供了技术支撑,在基坑施工过程中,监测数据可以有效地对基坑支护结构变形和周边道路、建筑变形等做出反应。本文对广州运达商业广场项目基坑工程水平位移、竖向位移、周边环境沉降和锚杆应力进行了监测,通过分析监测数据可知,在基坑监测过程中,各监测项目监测点的变化量均在正常变化范围之内,基坑变形稳定,安全可靠,效果良好,总结如下:

(1)随着基坑土方开挖的进行,基坑的水平位移不断增大至趋于稳定,呈“中部大、两端小”的大肚状;基坑竖向位移在基坑开挖过程中总体是沉降的,个别点在开挖过程中有反弹;

(2)随着土方开挖深度及开挖工程量的增大,周边地表累计沉降曲线整体经历了由大变小,并逐步趋于稳定的过程;

(3)深层水平位移监测结果表明，在基坑土方开挖过程中,测斜位移是随着深度逐渐增大的,其中开挖深度4～7 m的位移量最大;

(4)锚杆内力监测分析结果表明,各监测点监测值曲线总体呈现正向增长趋势,符合设计预期;

(5)基坑主体及其周边地形在基坑开挖过程中未发生过大位移和变形,表明基坑的支护结构设计合理,也说明,本基坑变形监测方法及数据处理方法适当,能够真实、准确、客观地反映基坑的变形情况,监测结果满足基坑监测的技术要求,为基坑工程的施工安全提供了有力保障。该基坑工程的技术方案为本地区相似工程提供了有益参考。