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地下连续墙深基坑支护结构的现场监测与可靠性研究 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途地下连续墙深基坑支护结构的现场监测与可靠性研究0引言基坑监测既是实现信息化施工，避免事故发生的有效措施,又是完善、发展设计理论、方法和提高施工水平的重要手段。 通过对基坑施工进行严密监测可以为施工及时提供反馈信息，为基坑周围环境进行及时有效的保护提供依据;将监测结果反馈设计，通过对监测结果同设计预估值的比较、分析,检验设计理论的正确性,并且可以为今后的优化设计提供依据。1 工程概况及周围环境拟建的金龙商贸综合性大楼位于杭州市庆春路北侧,建国路东侧，醋坊巷西侧。该工程建设单位为杭州金龙集团有限公司，勘察单位为浙江省工程物探勘察院，基坑围护设计单位为浙江省建筑设计研究院。本地块用地面积约8972平方米,地上总建筑面积约35600平方米，地下总建筑面积约19750平方米。由1幢1418层的主楼和46层裙房组成,主楼高70。4m，属高层建筑；地下统设三层地下室,地下室深13。20m。2 工程地质条件2。1地层结构及特征根据本工程岩土工程勘察报告显示：场地为杭州金龙集团有限公司的老厂区，原有建筑现已拆除。场地地形平坦，地貌属冲海积平原。涉及基坑支护工程的土层自上而下有：1素填土、21砂质粉土2-2粉砂23粘质粉土、3淤泥质粉质粘土、51粘土、5-2粉质粘土、6-1粉质粘土、62粉砂、81圆砾、82卵石、91强风化凝灰岩、92中风化凝灰岩。详细土层情况及其物理力学性质指标如下：1 杂填土：灰色，湿，散状-稍密,主要由粘性土混砖瓦碎块、碎石及少量建筑垃圾等硬杂质组成，表面有层320cm砼地坪，全场分布，顶层标高6.376。92m。层厚3.104。40m。 2 粘质粉土夹粉质粘土：21砂质粉土:灰色，湿,中密。切面粗糙，韧性低，摇振反应快,局部夹少量粉砂，全场分布，层顶标高2.173.60m，层厚4.107。00m。22粉砂：灰色，湿，中密。分选较好，主要由石英，云母组成。全场分布，层顶标高-4。301.48m，层厚1。505。50m。23粘质粉土：灰色,很湿，稍密。切面较粗糙，无光泽,摇振反应较快,韧性低，局部具层理，层间夹粘土薄层，单层厚13cm；含云母屑。全场分布,层顶标高7.735.00m,层厚3。906。10m。2-4粉砂：灰色,湿，稍密。分选较好，主要由石英,云母组成。局部地段分部，层顶标高11.039.66m，层厚02.40m。31 淤泥质粉质粘土：灰色,呈流塑状态，含少量腐殖物，略有臭味，干强度较高，振全场分布，标高12。2710。75m，层厚7。009。00m。51 粘 土：灰色、软塑，局部呈软可塑状，含少量腐殖质，局部为流塑状淤泥质粘土，干强度高，中等韧性，全场分布,顶层标高-19.9618.68m，层厚2。004.20m。52 粉质粘土：灰色、软塑-软可塑，含少量腐殖物残骸，局部土性为粘土，干强度高,中等韧性，切面较光滑,全场分布,顶层标高-23。8321。28m，层厚1。504.20m。6-1 粉质粘土：黄色，硬可塑,局部呈软可塑状。含铁锰质斑，下部含少量砂粉，干强度高，中等韧性，切面较光滑，无光泽,全场分布,层顶标高26。8723.51m，层厚3。407。00m。6-2 粉砂：黄色，湿，中密.分选较好，主要由石英,云母组成.局部夹粉质粘土团块,全场分布，层顶标高-32.7029.66m，层厚1.304。50m.8-1 圆砾：灰色，湿,密实。分选差，颗粒多呈现亚圆型，粒径220mm砾石含量2040，粒径2040mm的卵石含量1540，成分以中微风化的石英砂岩,火山岩等为主；砂粒含量约25,含少量粘性土,胶结松散。钻杆有跳动，全场分布，层顶标高36。05-32。40m，层厚1。205.30m.82 卵石：灰色,湿，密实.分选差,颗粒多呈现圆型，粒径220mm砾石含量20%，粒径大于20mm的卵石含量约50，见个别粒径大于20cm漂石，成分以中微风化的石英砂岩，火山岩等为主;含少量中粗砂及粘性土，胶结松散。钻杆跳动剧烈，局部地段分布，层顶标高36.4634。82m,层厚02.00m。9-1 强风化凝灰岩：灰紫色，紫红色,局部灰绿色，软。凝灰质结构,块状构造，岩芯呈碎块状，沿节理裂隙面见叶腊石，绿泥石等次生矿物，全场分布,层顶标高38。3536。55m,层厚0.406.10m。9-2 中风化凝灰岩灰紫色，紫红色，较硬.凝灰质结构，块状构造，岩芯呈柱状碎块状，沿节理裂隙面有铁锰质浸染，岩石属较硬岩,岩体较破碎,基本质量等级为IV级。全场分布，层顶标高-43。41-37。56m,控制最大厚度8。80m。2。2 场区水文地质条件勘探期间一般水位1.62.9m，性属潜水，主要以大气降水补给为主,受季节性雨季影响较大，年变化幅度在1.01。5m左右.地下水对砼无腐蚀性，对钢结构及在干湿交替的状态下的钢筋混凝土中钢筋有弱腐蚀性。表1 土层物理力学性质指标层号岩土名称含水量（%)天然重度（kN/m3）孔隙比压缩模量(MPa）承载力特征值（kPa）粘聚力(kPa）内摩擦角（度)1杂填土/（18。0)/（10)(8)2-1砂质粉土26。118.90。7698.01401128.32-2粉砂25。818.70。7879.0160829.823粘质粉土31.118。30.9006。51201325。724粉砂23.818。20。8057.01301030.53淤泥质粉质粉土40.817。11.2012。580113。15-1粘土41。417.01.2252。690112.852粉质粉土27。218.10.8804.0110205.661粉质粉土22.619.60。6606.52003810。362粉砂23。618.80.73310。0220928。78-1圆砾/20.0400/82卵石/30.0600/91强风化凝灰岩/40.0600/9-2中风化凝灰岩/50.01500/注：( ）内的数值为土层参数经验值，抗剪强度指标为快剪强度指标。3基坑围护结构概况本基坑平面总体呈不规则矩形（大约84m76.5m）,基坑设计挖深为13.2m。根据浙江省标准建筑基坑工程技术规程规定，本基坑开挖深度大于8m,属一级基坑，基坑工程安全等级的重要性系数0为1.1。本基坑采用800厚地下连续墙挡土止水,设两道钢筋混凝土水平内支撑共同形成围护结构;基坑内外采用自流深井降水。4基坑开挖监测方案4.1监测点的布置及内容为了确保围护体系自身的稳定，为信息化设计、施工提供依据,通过设置测斜孔、水位孔、轴力监测点、沉降监测点等测试点，形成一个深基坑监测系统，以及时提供可靠的监测结果和分析意见及对策，为土方开挖及地下室结构施工提供信息支持.根据本工程的具体情况，设计布置了测斜孔、水位孔，支撑轴力和周边环境沉降点，拟对以下各方面进行监测：(1）深层土体位移监测：共布置9只测斜孔（CX1CX9）； （2）地下水位监测：共布置18个水位监测孔(W1W18）；（3）支撑轴力监测，共布置14组监测点（YLJ1YLJ14)；（4）连续墙试验幅，共布置28个钢筋应力测点（QG01QG28），6 个土压力测点（TY01TY06)，6个孔隙水压力测点(SY01SY06);（5）周边环境沉降监测，暂布14个监测点；（6)地下连续墙顶沉降监测，暂布24个监测点;(7)竖向立柱沉降监测，暂布22个监测点（8）支撑裂缝、基坑周边裂缝观测.测点具体布置位置详见附图14。2 监测频率本基坑监测周期为自基坑开挖前五天至主体结构施工至0.000m.监测频率一般情况下应遵循以下原则：（1）基坑开挖之前,沉降点、测斜孔观测23次,取其稳定后的平均值作为初值;(2）开挖期间、底板浇注之前，深层土体水平位移、轴力、水位每1天观测一次，沉降34天观测一次；(3）在底板浇筑完毕至0。000期间可23天监测一次（沉降一个星期观测一次），每道支撑拆除时期仍恢复为一天一次;（4）如遇位移、沉降及其变化速率较大时，则应增加观测次数，并及时跟踪监测，及时向甲方、监理和施工单位提供数据以便采取相应的措施。 4。3 警戒值的设置(1)周围建筑物管线监测：路面沉降 55mm，房屋沉降45mm。(2）土体水平位移监测：预警值：水平位移CX1CX3为45mm,CX4CX9为55mm水平位移速率3mm/天。(3）基坑内外地下水位监测：预警值：水位降500mm/天.（4)支撑轴力监测:预警值：第一道支撑轴力7500kN，其中GJ1和GJ7的警戒值为11150KN，第二道支撑轴力9000kN， （5)地连墙内力监测：预警值：钢筋应力250Mpa。（6）地下连续墙墙顶和支撑立柱沉降监测:预警值:沉降量35mm。5监测成果分析5。1深层土体水平位移分析各测斜管水平位移变化曲线见附图2.各测斜管最终水平位移及深度见表1。从附图2和表1可以看出，整个土体水平位移监测点变化趋势呈现出“弓形。在基坑开挖初期，土体水平位移逐渐增大，水平位移沿深度方向基本上呈线性分布，连续墙顶水平位移最大。2009年12月10日第一道支撑全部浇筑完毕，当向第二道支撑底标高9。35m开挖过程中，土体水平位移初始增加速度较快,并且最大水平位移开始向下移动,后面逐渐开始稳定下来。2010年1月30日第二道支撑全部浇筑完毕后停工，年后2010年3月12号开工继续向坑底标高13.55m开挖,在此过程中,土体最大位移开始变化，又逐渐向下移动至15m左右，两次最大位移的移动与支撑作用的发挥密切相关，并且地面较浅深度部分土体开始向基坑外移动，这主要与连续墙在土压、水压作用下受弯挠曲有关，连续墙顶部向内弯曲挤压土体。 CX5由于年后损坏未能持续工作，CX1、CX8稍微超出报警值，可能与CX1附近有栈桥以及CX8有钢筋加工棚堆载有关，附加荷载较大,但在采取相关施工措施，改变施工方案后，土体位移得到了较好的控制，未影响整个基坑安全。整个土方开挖完以后土体水平位移增长速率开始放缓并逐渐稳定。表1 各测斜管最大水平位移量（最终值)测点编号CX1CX2CX3CX4CX5CX6CX7CX8CX9累计最大位移(mm）49。6034。0232.7352.51/-14.347。5660。1023。07最大位移深度（m)13。015.015.015.5/1。514。516.015.5报警值（mm）CX1-CX3为45mm，CX4CX9为55mm5.2水位观测各监测点水位变化情况如表2所示,基坑内外典型水位变化情况如附图3所示。从表2及附图3可以看出，基坑开挖前,水位比较平稳，在2010年11月14日下过暴雨，监测到的水位数据短时受天气影响较大,水位出现大幅上涨,随着基坑土方的开挖以及降水工作的持续进行，基坑外围水位均逐步下降逐渐稳定.年后开工后水位管水位均不同程度出现了上涨情况，后采取有效的降水措施保证了坑外水位的稳定.基坑内水位管在开挖至第一道支撑时埋设，在后面第二道支撑开挖过程中陆续被损毁而未能检测到更长时间的数据，但从附图3可以看出，基坑内水位在逐渐下降到目标开挖面水位以下至少1米以后维持较稳定的水位，这为基坑的顺利开挖创造了良好的条件。总的来说，基坑开挖过程中，降水工程比较成功，为地下室主体结构施工提供了干燥、良好的施工环境。5。3沉降观测周围建筑物各沉降点最终沉降情况如表3所示.从表3可以看出,沉降点LS12点超出警戒值，这主要是因为此点处于道路交通繁忙区，可能受外界环境影响较大,其他沉降监测点的最终沉降值均符合相关规范中对于周围建筑物沉降限值的要求,周边地表、围墙等均未发现比较明显的裂缝情况。表3 周围建筑物各沉降点最终沉降情况一览表编号累积沉降（mm）编号累积沉降（mm)编号累积沉降(mm）编号累积沉降（mm）LS1-8LS7-31LS1336FS5-19LS2-37LS8-22LS14-11FS6-9LS3-37LS9-2FS1-17FS77LS436LS10-8FS230LS5-17LS11-32FS3-36LS6-19LS12-61FS4-34说明沉降警戒值:路面沉降 55mm房屋沉降45mm从表4、表5可以看出围护结构立柱、围檩均不同程度的出现了隆起情况，这与土体的开挖卸载效应密切相关,随着基坑的开挖深度的增加，基坑内外地面高差不断增大,当开挖到一定深度后，基坑内外侧地面高差所形成的加荷和地面荷载作用，将会使基坑外侧土体产生向基坑内侧的位移，同时在基坑周围产生较大的塑性区,并引起路面沉降甚至开裂。但监测到的隆起梁不是很大,最大32。9mm，对基坑周围影响很小。表4 地下连续墙围檩各沉降点最终沉降情况一览表编号隆起/沉降(mm）编号隆起/沉降（mm）编号隆起/沉降（mm）编号隆起/沉降（mm）WS12。3WS7/WS132.6WS1912。0WS27。6WS85。1WS1413。2WS2014。7WS37。5WS97.9WS1513。7WS2116。4WS45。4WS106。8WS1614。2WS2213。2WS52.3WS113。1WS179。3WS239。3WS66.2WS120。4WS1813.6WS24/表5 支撑结构立柱各沉降点最终沉降情况一览表编号隆起/沉降（mm）编号隆起/沉降(mm）编号隆起/沉降(mm）编号隆起/沉降（mm）PS116。9PS7/PS1325.4PS196.9PS217。5PS826。1PS1427。5PS206。6PS39.6PS919。6PS1518。9PS2110.8PS413。6PS109。8PS1624.9PS22-0。2PS520.1PS1113。4PS175.2PS68.4PS1232。9PS1823.15.4地下连续墙试验幅基坑内外土压及孔压观测地下连续墙试验幅基坑内外土压及孔压变化曲线见附图4，从附图4可以看出这与CX3以及地下连续墙试验幅的变化趋势是一致的,整个开挖过程中土压力分布呈三角形，自上而下逐渐增大。随着开挖的进行，基坑主动侧中上部土压增大后趋于稳定,土体深部土压前期减小后稳定，后期小幅逐渐增大。基坑被动侧土压靠近底板处，前期增加较大后趋于稳定后期有所减少，其下部土压小幅减小后趋于稳定。基坑主动侧孔压上部较稳定，与计算静止水压值比较接近,连续墙止水效果较好满足工程需求,而在地板以下基坑内外孔压出现前期减小后期稳定的情况，这与TY4土压减小相对应，被动侧孔压均出现先减小后逐渐稳定的情况，这可能与基坑内部管井持续降水有关.表6 地下连续墙试验幅基坑内外土压及孔压最大值一览表编号深度（m)最大应力(Kpa)编号深度（m）最大应力(Kpa）TY1-4.9536。68TY516。95176。59SY14.9536。74SY516.9583。90TY210.9595.08TY6-24。95156。02SY2-10.9593.05SY6-24。95157.23TY3-16。95 /SY3-16.95 136.82TY424。95215。74SY4-24。95205。675。5地下连续墙应力观测试验幅地下连续墙弯矩变化图见附图5，由于后期部分钢筋计退出工作，未能监测到拆支撑过程中的完整数据。从附图5中可以看出基坑开挖初期整个连续墙弯矩不大，随着浇筑完第一道支撑并开始向第二道支撑底标高处开挖的过程中，第一道和第二道支撑之间部分连续墙弯矩逐渐增大，第二道支撑浇筑完毕继续向坑底标高开挖时，第一道和第二道之间连续墙弯矩开始逐渐稳定并小幅回落，第二道支撑和坑底连续墙部分弯矩开始逐渐增加，连续墙嵌入部分弯矩在整个开挖过程中逐渐增加并趋于稳定，在支撑处弯矩均较小，支撑作用比较明显。表7地下连续墙钢筋应力情况一览表（绝对最大值）编号深度(m）最大应力(Kpa）编号深度（m）最大应力(Kpa)QG1-2。9171410。59QG152.9120032.64QG24。9582374.15QG164。9551501.33QG3-6.95-43996。04QG17-6.9524493。17QG48.9590003。19QG18-8.9540900。00QG5-10.9525916.58QG19-10.9535315.95QG612。9519761.13QG20-12.9565052.81QG7-14.9516791.56QG2114。9554055。60QG816.9520185。70QG22-16。95101538.37QG918。9516921.70QG2318。9543658.51QG1020。9513031.11QG24-20.9566152.04QG1122。9587909。86QG25-22。9531898。40QG1224。9513703。75QG26-24.95200996。37QG13-26.95-10854。13QG2726。951112.83QG1428.95-24294。28QG28-28。95-3796。915.6支撑轴力观测从表8以看出，第一道支撑在浇筑完毕后向下开挖的过程中其轴力逐渐增大，在第二道支撑浇筑完毕开始发挥作用后，第一道支撑轴力开始平稳下来，此后小幅变动。年后开始向基坑底标高开挖的过程中，第二道支撑轴力开始逐渐增加发挥作用，随着地下室底板的浇筑，基坑逐渐形成较好的空间围护受力体系，其轴力也逐渐稳定,第二道支撑中GJ13、GJ14在向坑底开挖的过程中被挖机损坏未能持续工作。基坑开挖的过程中，整个支撑结构中所监测到的数据均有稍超出警戒值，这主要与在基坑东北处有运输栈桥，挖土车辆长时间停靠荷载较大而影响整个基坑围护结构的受力，而且开挖速度较慢，地下连续墙闲置时间较长，对支撑受力很不利，另外可能监测周期较长,温度变化影响以及混凝土徐变等也是一些重要的影响因素.后设计方考虑实际情况后修改了警戒值，经施工方采取有效措施后,安全顺利完成基坑开挖及地下室结构的浇筑，并未影响整个基坑的安全施工。支撑轴力变化曲线见附图6。表8撑结构轴力情况一览表编号最大轴力（KN）编号最大轴力（KN)编号最大轴力（KN)编号最大轴力（KN）GJ114314.71GJ510114.01GJ811284.27GJ1211832.05GJ2-3334。63GJ68266。36GJ91418。13GJ135575.59GJ310695。67GJ714937。36GJ1011601。72GJ144177。09GJ410789。03第一道支撑GJ115218.93第二道支撑说明正值受压，负值受拉;第一道支撑警戒值为7500KN，其中GJ1和GJ7的警戒值为11150KN，第二道支撑警戒值为9000KN；6结论整个深基坑在监测的及时指导和有效施工下已安全完成基坑开挖和地下室结构的浇筑,做以下几点总结：（1）基坑开挖前要做好基坑内外降水及分区开挖施工方案，基坑开挖一定深度后应及时完成支撑的浇筑，以尽可能的减少围护结构暴露时间,暴露时间越长对整个基坑围护体系越不利，所以合理的开挖施工方案至关重要。 （2)在开挖过程中，应尽量减少地面堆载及车辆的动荷载对围护结构的影响，本深基坑支撑轴力超出警戒值与附加荷载有较大关系，后来设计院修改了部分支撑轴力的警戒值，同时由于混凝土存在收缩和徐变等现象，还受温度的影响，目前采用钢筋与混凝土协同变形的原理来计算支撑轴力在精确度上还存在偏差，但实际监测并未出现混凝土支撑破坏的情况，相关设计理论需要结合实际进行深入探讨.（3)在基坑监测中，应注意对测试仪器的保护来充分发挥效用，并应及时反馈监测数据，从而决定是否对设计方案和施工方法进行调整，并采取及时有效的处理措施,真正实现信息化施工，通过监测到的数据反分析来优化设计,确保基坑的安全施工以及周围建筑物的安全,这正是基坑监测的意义所在.15附图1 附图2 附图3 典型水位变化曲线附图4 基坑内外土压及孔压变化曲线 附图5 地下连续墙弯矩变化曲线附图6 支撑轴力变化曲线