某地下车库深基坑支护结构变形监测研究

某地下车库深基坑支护结构变形监测研究　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｏｆ　ａｎ　ｕｎｄｅｒ－　ｇｒｏｕｎｄ　ｇａｒａｇｅ　许凯军宋艳清刘云鹏　摘要：对某地下车库深基坑支护结构的位移和内力进行　监测研究。获得支护结构位移、内力的分布与变化规律。监测数　据表明，支护桩深层水平位移沿深度呈抛物线分布，且先快后　缓；墙顸水平位移与基坑周边环境有关；帽梁承受的压力较均　匀，仅在外部荷载较大处承受的压力较大。通过分析可知，该地　下车库深基坑工程所采用的支护结构及变形控制设计方案是　合理的，安全的。　关键词：深基坑支护结构沉降监测　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｉｎｎｅｒ　ｆｏｒｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｏｆ　ａｎ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｇａｒａｇｅ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ；ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ　ｌａｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｉｓ—　ｔｒｉｂｕｔｅｓ　ｌｉｋｅｌｙ　ｉｎ　ａ　ｗａｙ　ｏｆ　ａ　ｐａｒａｂｏｌｉｃ　ｃｕｒｖｅ，ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｓ　ｆｉｒｓｔ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒｗａｒｄｓ　ｓｌｏｗｌｙ．Ｔｈｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓ－　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔＯ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃａｐ　ｂｅａｍ　ｉｓ　ｒａｔｈｅｒ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ；ｔｈｅ　ｖａｌｕｅ　ｉｓ　ｌａｒｇｅｒ　ｗｈｅｒｅ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｌｏａｄ　ｉｓ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙ—　ｓｉｓ　ｉｔ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｇａｒａｇｅ　ｉｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ａｎｄ　ｓａｆｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃ—　ｔｕｒｅ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　引言　随着地铁、地下车库等地下设施及高层建筑的发展，随之　涌现出了大量的深基坑（基坑深度≥７ｍ）工程。深基坑工程是　一项综合性很强的系统工程，与此同时也是个很复杂的岩土工　程问题，它不仅涉及到土力学中典型的强度问题而且还涉及到　变形及稳定性的问题［１＿。　目前深基坑工程应用得得了很大的发展，但同时也出现了　很多问题，例如，基坑大面积滑坡，支护结构变形过大发生失稳　破坏。水平位移过大，基坑周边建筑物开裂甚至倒塌等。为了减　少工程事故，保证工程的施工质量和安全，同时也不危害周边　建筑及设施的安全，近些年在深基坑开挖和支护工程中引入了　监测技术和动态信息化施工，使设计、施工和监测三位一体，通　过及时监测和预警，来指导人们采取必要措施，防止工程事故　的发生［　。　本文对某地下车库深基坑工程进行实测研究，获得该工程　中深基坑支护结构的变形及内力的分布及发展规律，为指导工　程设计与施工提供了可靠依据，为深基坑工程的理论与实践积　累了经验。　一．工程概况　本工程位于天津某大厦前广场，是一座地下两层自动化　ＩＩＩ类停车场，设计存放各种车辆９４辆，设计使用年限为５０年，　地上为绿色景观建筑。工程总建筑面积为２０７０ｍｚ，基坑开挖平　面面积为３７ｍ×３０ｍ。基坑设计开挖深度为８　１　ｍ（局部设计开　挖深度为１０．２ｍ　ｏ基坑安全等级为一级。该工程东侧和北侧为　城市道路，西侧为一３２层大厦，南侧为某食品厂，西南角为一　居民小区。在本深基坑工程中，采用单排混凝土灌注桩挡土的　支护结构，采用外侧水泥土搅拌桩作为止水帷幕。该深基坑支　护结构共采用了三种类型的混凝土灌注桩，第一种桩，设计桩　径中８００ｍｍ，设计桩长１６．５ｍ，共３７根；第二种桩，设计桩径　中７∞ｍｍ，设计桩长１４ｍ，共２５根；第三种桩，设计桩径　中７００ｒａｍ，设计桩长１３．５ｍ，共９７根；其混凝土强度等级为　Ｃ３０，间距为９００ｍｍ。水泥土搅拌桩止水帷幕的设计桩径　中７∞ｍｍ，设计桩长１５ｍ，间距为９００ｍｍ。采用中心岛的方式　分层均匀、对称地进行基坑开挖。基坑开挖分三次进行，第～次　土方开挖至水平支撑环梁、帽梁底部标高处；第二次土方开挖　至地下障碍物标高处，然后进行障碍物的破除处理及工程桩施　工；当工程桩施工完成后，进行基坑土方最后一次开挖，直至设　计标高。　二．水文地质和工程地质条件　根据该地下车库岩土勘查报告，工程地下水主要是潜水，　场地地下水静止水位为１－５ｍ，且含水量大，场地类型为ＩＩＩ类。　该场地地基土浅层分布（自上而下）为：　１、人工填土层全场地均有分布。厚度３．１０～４．３０ｍ，底面　标高为一３　８６—一５　３６ｍ。该层从上而下分为２个亚层：　第一亚层，杂填土，厚度一般为３．１０～４．１Ｏｍ，呈松散状　态，由砖块、混凝土渣、石子、废土等组成。　第二亚层，素填土。厚度一般为１．１０ｍ左右，呈软塑状态，　无层理。粉质粘土层，含石子，属中压缩性土。　２、全新统中组海相沉积层，厚度为６．１Ｏ～７　７Ｏｍ，底面标　高为一１１．４６—一１１．６６ｍ，主要由粉质粘土（地层编号３）组成，　呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。局部夹泥土　透镜体。　３、全新统下组沼泽相沉积层，厚度为１．。０～１．４０ｍ，底面　标高为一１２．５０—一１３．ＯＯｍ，主要由粉质粘土（地层编号４）组　成，呈浅灰～黑灰色，可塑状态，无层理，含有机质、腐植物，属　中压缩性土。本土层水平方向上土质较均匀，分布较稳定。　一

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２Ｏ　４０４６　６ｏ　８。ｌ《　时间（ｔ）／ｄ　图４为帽梁轴力随时间的变化曲线图　没有达到警报值３０ｍｍ。监测结果表明，该支护结构乃至这个　基坑都是安全的。　２．墙顶水平位移分析　在基坑施工期间，共记录了２Ｏ组墙顶水平位移数据。通过　这些监测数据，绘制了水平位移（Ｓ）与时间（ｄ）的曲线图（图３）。　从曲线图３中看出，由于基坑开挖卸载作用，支护桩的变　形逐渐变大。墙顶位移的变化曲线成分段直线变化，且增长趋　势是先快后缓；分段直线形式在图３（ａ）中依次为，Ｙ＝　０．２８７ｘ一０．４８７，Ｙ＝８，Ｙ＝０．１２９ｘ＋２．０３６，Ｙ＝１　１；在图３（ｂ）中　依次为。Ｙ＝０．３０７ｘ一１．２２３，Ｙ＝７　５，Ｙ＝０．１２２ｘ＋１．９９５，Ｙ＝　１　０。在支护结构起作用前，墙顶位移增长很快，但在支护结构起　作用后，墙顶位移增长渐渐变慢。最后趋于稳定。在图３（ａ）中　可以看出，基坑的西侧Ｄ０１点处累计水平位移最大值达到了　１　１　ｍｍ，但未达到报警值３０ｍｍ。再有西侧的Ｄ０３点和北侧的　Ｄ１　１点累计水平位移最大值也都分别达到了１Ｏｍｍ。西侧的监　测点Ｄ０１～Ｄ０３的水平位移比其他点的大，这主要是因为在基　坑的西侧有一栋３２层的高楼，这栋大楼距离基坑仅有７ｍ，伴　随基坑开挖，强大的土压力使支护桩产生了较大的变形。在图　３中还可以看出，在东北角的Ｄ０６点和东侧的Ｄ０７点位移最　小仅为７ｍｍ，这是因为在基坑的东北向和东侧是一条城市公　路，且距离基坑较远，因此未使支护桩产生较大的水平位移。　通过以上分析可知，支护桩的水平位移大小不但与桩身设　计参数有关，还和基坑周围环境有关，例如，基坑周围有无建筑　物，建筑物的荷载大小及密集程度，建筑物与基坑间的距离等。　３．墙顶支撑帽梁内力分析　图４为帽梁轴力随时间的变化曲线图。从该曲线图中可　以看出，帽梁轴力的整体变化趋势基本是平稳的，其拟合曲线　可近似为抛物线。曲线的拟合形式为Ｙ：一０．　２２６ｘ２＋４１．７１４ｘ一１７６．０９。从图中看出，曲线变化可分为两个阶　段，第一阶段是０～４６ｄ，在这一阶段由于帽梁轴力增长很快，这　是因为随着基坑不断的开挖，基坑内的土压力逐步卸除，支护　结构就承受了坑外土体压力，造成帽梁轴力的迅速增加；第二　阶段是从４６ｄ～８０ｄ，在这一阶段，帽梁轴力增长变得缓慢，最　后逐渐趋于稳定。这一阶段基坑开挖逐渐接近尾声。基坑内卸　载逐渐完成，帽梁轴力渐渐趋于稳定。在图中可以看出，除测点　１外，其它３点基本是稳定的。观测点１也就是西北角的那个　点测得的帽梁轴力最大，最大值达到１８９８ｋＮ，也即１．８Ｍｐａ，　这主要是基坑西北侧那栋３２层的高大建筑引起的。但此值远　远小于为混凝土抗压强度３０Ｍｐａ。　通过上述分析可知，帽梁基本上是均匀受压的，且帽梁轴　力在基坑开挖初期增长很快，在后期增长较慢，渐渐趋于稳定。　五．结论　１．该深基坑工程在基坑开挖过程中，支护桩的深层水平位　移随开挖深度的加大而逐渐加大，深层水平位移的增加速率是　先快后缓，且深层水平位移的最大值出现在整个支护桩的约中　间部位，分布曲线为抛物线。　２．墙顶的水平位移与时间关系呈分段直线规律变化，同时　该水平位移与基坑周围环境，如有无建筑物及其荷载大小、距　离远近及支撑的对应位置等因素有关。　３．墙顶支撑帽梁的整体受力状态具有均匀受压的特性，其　轴力发展较为平稳，仅在外部荷载较大处或有超载的地方有所　增大。同时，帽梁轴力开挖初期增长较快，后期增长较慢，最后　趋于稳定。帽梁的轴力也会随支撑结构刚度、支撑构件支撑位　置等因素的不同而有所不同。在基坑支护系统中，帽梁是非常　重要的组成部分，其作用尚需深入研究。　４．该深基坑工程采用的是单排混凝土灌注桩上加帽梁的　支护结构体系，监测的数据表明，支护桩的深层水平位移、墙顶　水平位移、帽梁轴力，都控制在允许的、较小的范围内，保证了　该基坑的安全，该深基坑支护结构设计是合理的。　ｆ作者单位：河北工业大学土木工程学院；２Ｏ１　１．１０）　参考文献　［１】ｏｕ　ｃ　Ｙ，ＣＨＩＯＵ　Ｄ　ｃ，ｗｕ　Ｔ　Ｓ．Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９６　【２】龚晓南．深基坑工程设计施工手册．中国建筑工业出　版社，１９９８．（ＧＯＮＧ　Ｘｉａｏ—ｎａｎ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎ—　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｐｉｔｓ［Ｍ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｐｒｅｓｓ，１９９８．）　【３］胡春林、陈琳、罗仁安、忻远跃．高层建筑深基坑开挖　施工期的监测和险情预报．岩石力学，１９９６．（Ｈｕ　ｃｈｕｎｌｉｎ，Ｃｈｅｎ　ｌｉ，Ｌｕｏ　ｒｅｎａｎ，Ｘｉｎ　ｙｕａｎｙｕｅ．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ｄａｎｇｅｒ　ｓｉｔ—　ｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　Ｕ１．　Ｒｏｃｋ　ａｎｄ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ．１　９９６　［４】龚晓南．关于基坑工程的几点思考．土木工程学报，　２００５．（ＧＯＮＧ　Ｘｉａｏ—ｎａｎ．Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕ１．Ｃｈｉｎａ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２００５）　［５】王浩、覃卫民、汤华．关于深基坑施工期监测现状的一　些探讨．岩土工程学报，２００６，２８增－ｆｌ】．（Ｗａｎｇ　ｈａｏ，Ｑｉｎ　ｗｅｉ－　ｒａｉｎ，Ｔａｎｇ　ｈｕａ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｆｏｒ　ｄｅｅｐ　ｐｉｔ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００６，　２８　Ｓｕｐｐ．）　一７５一　∞　∞　帅　∞　ｏ　∞　湖　。　，‘　ｌ　ｌ　一　，　、Ｒ暴　馨