深基坑工程变形监测技术及应用研究.pdf

深基坑作为城市建设的一项重要工程，其变形监测技术的研究和应用对于保证工程施工的安全和顺利进行具有重要意义。文中针对某地铁附近深基坑，根据周围环境和地层条件，基于监测分析了基坑设计的对策。通过现场监测，探讨了施工对邻近地铁路基的影响，揭示了基坑以及挡土结构在开挖过程中产生的变形特征。结果表明，由水泥桩在基坑周围和底部形成的止水结构避免了深度降水引起的相邻地铁路基的固结沉降，也减少了横向位移和坑底隆起。关键词：深基坑；变形监测；挡土墙中图分类号：P642文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 0 58-0 3Research on Deformation Monitoring Technology and Application inDeep Foundation Pit EngineeringWang SiGuangdong Tiantai Engineering Testing Co.Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510700Abstract:Deep foundation pit engineering is an important project in urban construction,and the research and application of its deformationmonitoring technology is of great significance to ensure the safety and smooth progress of engineering construction.According to thesurrounding environment and stratum conditions,the countermeasures for the design of a deep foundation pit near a subway are analyzed.Based on the field measurement results,the influence of construction on the adjacent subway foundation is discussed.The deformationcharacteristics of foundation pits and retaining structures during excavation are revealed.The results show that the five-sided water stopstructure formed by cement piles around and at the bottom of the foundation pit avoids the consolidation settlement of adjacent subway sub-grade caused by deep precipitation,and also reduces lateral displacement and pit bottom uplift.Therefore,the cross section support acrossthe foundation pit will transfer the bias pressure of the sub-grade to the retaining structure away from the subway,and the deformation andchange rate of the subway sub-grade caused by removing the internal support are significantly greater than the deformation and change rate ofthe sub-grade caused by excavation.Key words:Deep foundation pit;Deformation monitoring;Retaining wall0引言深基坑工程作为城市建设中的一项重要内容，其施工过程中容易受到地下水位、土体力学性质等因素的影响，产生较大的变形和位移，对周边环境和结构物的安全稳定造成威胁。然而，道路抵抗沉降的能力是有限的。基坑附近的建筑物一旦变形超过极限值，就会发生不均匀沉降，严重时，会产生扭曲变形，导致深基坑附近的建筑物遭到破坏。同时，既有地铁路基和基坑附近地层上的动荷载使两侧挡土结构上的荷载不对称，导致挡土结构的施加应力和相应的变形沉降明显增加2-3。目前，尽管已经取得了许多研究成果，但仍存在不确定性，对特殊工程地质条件下既有铁路路基深基坑施工的变形演化过程和安全性评价进行系统研究较少。因此，本文针对某地铁附近深基坑，根据周围环境和地层条件，分析了开挖和支护过程对相邻地铁路基变形和安全的影响 4。根据现场测量结果，分析了地铁路基和基坑在开挖过程中的变形响应。最后，对设计和施工提出了一些建议，为类似条件下的基坑工程提供了宝贵的经验和参考。作者简介：王思（19 8 7-），男，江西萍乡人，本科，工程师，主要研究方向为工程监测。1变形监测技术1.1变形监测特点深基坑变形监测是指对深度较大、施工方式较为复杂的基坑进行变形监测 5。（1）现场监测。深基坑变形监测需要在建筑工地现场进行实时监测，对监测设备的精度和稳定性提出了较高要求。（2）多元化监测手段。包括测量仪器监测、应变计监测、测绘技术监测等多种手段。（3）实时性强。深基坑变形监测需要对数据进行实时处理和分析，以便及时发现异常情况并采取措施，确保建筑工程的安全。（4）数据量大。深基坑变形监测需要采集大量数据，并进行存储、分析和处理。（5）多参数监测。深基坑变形监测需要同时监测多个参数，包括土壤位移、地下水位、支撑结构变形等多个参数。1.2变形监测的等级划分及观测精度要求水平位移测量的方法有多种选择。规范推荐的方法包括小角度法、投点法和视准线法（可用于测量特定方向上的水平位移）等。当需要测定监测点任意方向的水平位移时，可以考虑592023年4月江西建材质量控制与检测监测点的分布情况，采用前方交会法、极坐标法等 6 。基坑的形状通常有矩形、多边形和圆形三种，监测方法取决于基坑的形状和施工现场的具体情况。通常的监测方法包括轴线法、测小角法（或称视准线小角法）、角度交会法、距离交会法和全站仪极坐标法等 7)。在高层建筑基坑位移监测中，应以点位沿垂直于坑边方向的中误差作为监测精度的指标。目前，几何水准仍然是精密高程垂直位移测量中最主要的方法。2工程概况某深基坑沿东西方向（与地铁平行）长约6 0.2 m，南北方向宽约2 5m，开挖深度较大。与该深基坑相连的东侧隧道基坑长约7 6 m，宽约11m，开挖深度5 15m。开挖边线距离地铁线1618m。靠近在建办公楼的基坑西侧围护结构距离开挖边缘约2.5m，采用灌注桩基础。东侧是一片空地。地下水位埋深约2.64.6m，主要分布在细砂层。地下水位由大气降水和河流补给，与河流有着密切的水力联系。鉴于工程地质条件和基坑特征，以及周围环境，基坑设计成败的关键问题是控制相邻地铁的路基变形/沉降。基坑开挖深度范围内的地层主要为细砂层，其渗透系数和降水影响半径较大。如果通过降水将地下水位从2.6 m降低到19.0 m（最深基底以下0.5m），由于地层中有效应力的增加，将导致基坑附近铁路路基将发生额外的沉降，因此，基坑地下水控制是基坑设计成败的关键问题。经综合考虑，地下水治理采用周边垂直隔水幕加坑底全加固（形成五面止水结构）和坑内少量泄压井的方案。泄压降低了底部与侧部隔水惟幕之间形成的封闭空间中的地下水和粉质黏土的压力，有效地控制了坑底的隆起，降低了坑内降水对侧部路基的影响。3监测分析3.1变形监测点的布置在基坑开挖过程中，测量了桩顶的水平位移和垂直沉降。为避免影响既有线的交通安全，路基沉降监测点布置在靠近地铁防护网外侧，距离地铁主线约4.0 m处，受开挖影响，路段每1020m布置一个监测点。用测斜仪测量桩墙下部的位移，用水准仪测量桩顶的沉降。3.2挡土结构变形图1显示了深基坑北侧和南侧桩顶水平位移随时间的演变过程。测试地点的位置如图2 所示。随着开挖深度的增加，桩顶的水平位移也随之增加。然而，在第二土层开挖过程中，其水平位移迅速增加（情况3），而在第三土层开挖时，桩顶位移的增加相对较慢（情况4）。开挖至基坑底部后，桩顶位移大致保持稳定。移除第二层交叉地段支撑后，桩的位移趋于减小（情况7）。当开挖第三土层时，由于开挖过程中相应位置的漏水和砂带，ZSO1点进人坑内的水平位移显著降低，这导致墙背阻力向坑外的位移降低。实际上，在泄漏问题得到解决后，桩顶的水平位移恢复到正常状态。情况2情况3情况4情况5情况6情况76/L432ZSO1ZS021ZS15ZS1608/79/610/611/512/51/42/3监察日期图1桩顶水平变形在相同的垂直地铁剖面上，靠近地铁侧的位移远大于远离地铁侧的偏移（ZS01对应于ZS16,ZS02对应于ZS15），桩顶在水平方向上的最大位移约为7.6 mm。由于基坑中部的三个交叉段支柱的刚度较大，基坑中部南北两侧（ZS02、ZS15）之间的位移差异非常小（约0.3mm）。仅设支护的基坑两侧位移差较大（即2.8 7 mm）。图2 显示了深基坑北侧和南侧桩顶的沉降比较（此处，负值为沉降；正值为隆起）。在基坑开挖过程中（情况2、3、4），桩顶变形以沉降为主，随着开挖深度的增加，桩顶沉降逐渐增加，最大沉降约为5mm。随着基础底部（情况5）的完成，桩顶的沉降逐渐减小。拆除第三层交叉支撑（情况6）后，桩顶的垂直变形转化为隆起。此时，最大升沉约为5mm。此外，靠近地铁的桩顶（即基坑南侧）的沉降明显小于远离地铁一侧的桩顶沉降，这与横向位移的变化正好相反。42W/树草垂0-2ZC01ZC02-4ZC15ZC168/79/610/611/512/51/42/3监察日期图2桩顶垂直变形3.3监测结果分析经上述基坑的监测分析可知，对于沉降敏感结构的深基坑，如靠近基坑的地铁路基，应采用五面止水结构和适当的基坑减压井的地下水控制方案，它不仅可以有效避免大深度降水对相邻路基沉降的影响，还可以确定支护结构的变形趋势，减少坑底隆起 8 。通过这种方式，控制了隔水和挡土结构变形对敏感结构沉降的影响。基坑底部加固也可有效降低挡土结构的水平位移、孔底的隆起和坑底地下水的渗漏 9 。然而，采用深层水泥搅拌的桩对坑底土体进行加固时，水泥浆的上涌会导致大量水泥混合在坑底上方的土体中，导致坑底上方土体强度较高，该部分土体开挖施工将更加困难。因此，坑底加固设计应采（下转第6 2 页）62上接第59 页）2023年4月江西建材质量控制与检测70一矿粉60一石英砂粉50403020100010203040掺合料掺量/%图3单掺矿粉与石英砂粉时试件抗冲击次数图3展示了不同矿粉和石英砂粉掺量下，试件抗落锤冲击次数的变化情况。从图中可以看出，随着矿粉掺量从0 增加到40%，试件的抗破坏冲击次数快速下降。这与锤击法施工的实际工程实践结果基本一致，即矿粉掺量增加会导致管桩断桩率相应急剧上升。当矿粉掺量从0 增加到2 0%时，试件的抗冲击次数从55次下降到14次，而管桩断桩率则从0.2%增长至0.8%。这说明管桩断桩率与试件抗破坏冲击次数之间存在明显的相关关系。因此，用试件抗破坏冲击次数来评价管桩的抗冲击性能和断桩风险是有效的。此外，从图3还可以观察到，随着石英砂粉掺量从0 增加到40%，试件的抗破坏冲击次数呈现先下降后上升再下降的趋势，与弹性模量测试结果的变化趋势基本一致，并与工程实践结果相符。这进一步表明管桩断桩率与试件抗破坏冲击次数之间确实存在明显的相关关系，因此，用试件抗破坏冲击次数来用导孔加高压旋喷桩的方法，仅在坑底以下喷射水泥浆，既能有效利用水泥，又能降低坑底上方土体开挖难度。4结语深基坑工程变形监测技术是保障深基坑工程安全和质量的重要手段。深基坑工程变形监测技术的应用有助于施工单位及时掌握基坑变形情况，对工程的安全施工和质量控制具有重要意义。因此，在深基坑工程的变形监测过程中，需要采用多种监测手段，如人工监测和测量、自动化仪器设备监测等，并对监测数据进行处理和分析，提取有用的信息。未来，深基坑工程变形监测技术将继续得到广泛的应用和发展，为深基坑工程的安全施工和质量控制提供更加可靠的技术支持。参考文献【1闫小红，赵党辉.关于基坑工程变形监测关键控制点技术分析研究J】.科技风，2 0 2 1（2 5）：113-115.表征管桩的抗冲击性能是合理可行的。3结语（1）工程实践结果表明，立方体抗压强度、轴心抗压强度、试件弹性模量等静态力学性能指标不能很好地表征掺矿粉的管桩的抗冲击性能，需要引人新的评价指标来表征管桩的抗冲击性能。（2）抗冲击试验是一种直观准确的测试管桩抗冲击性能的方法，工程中，管桩断桩率随着试验试件破坏冲击次数降低而增大，二者之间存在明显的关联。因此，用试件抗破坏冲击次数来表征管桩的抗冲击性能，评价管桩的断桩风险是有效且合理的。（3）矿粉的使用将严重削弱管桩的抗冲击性能，在锤击法施工的管桩中应避免使用矿粉。（4）石英砂粉在取代水泥时会降低管桩的抗冲击性能，掺量不大于30%时，降低幅度可接受且经济实用。参考文献1胡延燕，何廷树，张贤哲.不同矿物掺合料对管桩混凝土力学性能的影响J.硅酸盐通报，2 0 15，34（7）：19 8 9-19 9 4.2曹魁峰.预应力管桩施工的常见问题及防治措施【J】.江西建材，2016(17):101.3杨哲，郭志广，魏丽敏，等.锤击预应力管桩内力测试及荷载传递试验研究J.铁道勘察，2 0 2 3，49（1）：6 3-6 7，7 8.4邝梦芳，徐采薇，徐其功，等.预应力高强混凝土管桩抗侧向冲击性能研究J】.建筑结构，2 0 2 2，52（2 4）：114-119，130.5文刘云.石英粉用于预应力高强混凝土管桩的性能分析J.基础工程设计,2 0 18(1）：6 1-6 2.【6 左宏亮，付丽媛，许成云.预应力混凝土管桩轴心受压承载力计算J.沈阳建筑大学学报，2 0 16，32（1）：2 5-31.2黎平.贵港苏湾大桥深基坑变形监测研究J.四川水泥，2 0 2 2(9):72-74.3张俊丽。地铁深基坑施工变形监测研究【J】住宅与房地产，2021（2 2）：2 37-2 38.4唐永泽.深圳市某深基坑变形监测数据与分析【J.城市勘测，2021(3):180-184.5聂建伟.深基坑变形监测与规律分析J.智能城市，2 0 2 17（5）：145-146.6 张彬彬.深基坑变形监测技术与其工程应用探究【J.江西建材，2016(14):67.7杨善统.建筑密集区超大深基坑开挖变形模型试验研究J。地下空间与工程学报，2 0 2 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