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深圳星河国际酒店基坑工程

325 2021-01-12 11:42:03



基坑现场监测作为现场施工的一项重要安全保障措施,可随时监测施工各项安全性能,及时对施工参数进行调整。深大基坑的监测尤其重要,如何做好基坑的监测问题,目前有较多的研究,基坑的现场监测是基坑安全施工以及顺利进行的有力保障。


本文主要是通过一个工程实例,着重分析复杂条件下深大基坑开挖过程中支护结构体系变形以及受力情况。


一、工程概况

深圳星河国际酒店用地红线南北向长 176.9m,东西向宽 55.75m,周长 450.4m,红线占地面积 9813.9m²。自然地面绝对标高平均约 6m,建筑设计底板底绝对标高-11.4m,基坑开挖深度 17.4m。地下室范围东西侧退红线1.0m,南侧退红线 13.5m,北侧退红线 4. 5m,占地面积 8419m²。


基坑东侧北段为在建的金中环商务大厦(开挖深度 14.4m,已回填),金中环基坑采用顶部放坡,搅拌桩复合土钉墙支护,其土钉与锚索均已打入本基坑范围内;基坑南侧与福华三路相距约14m,福华路有少量管线通过,管线埋深较浅,锚索对其不会造成影响;基坑西侧紧邻在建的地铁会展中心站以及地下商场(商场下部为地铁4号线主体隧道),其中会展中心站 4 号出入口以及部分支护桩已进入本建筑用地红线;基坑西侧的地铁构筑物其开挖深度约 23m。地铁所采用的支护形式是上部约 8m采用土钉墙支护,下部采用挖孔咬合桩加内支撑支护。其上部的土钉与锚杆(索)均已进入本基坑用地范围内。基坑距北侧地铁1号线约 18m。地铁1号线开挖深度约15.8m,排桩+内支撑支护,与本基坑有一定距离,其上部的土钉与锚杆(索)未打入本基坑范围内。基坑北侧有一条埋深 9m的电缆井通过,距地下室外墙边线仅1.9m,且在通过地铁4号线时,采用了挖孔桩的支护方式。部分挖孔桩已进入建筑用地红线范围内。基坑平面图所图 1所示。


二、场地工程地质条件


场地原始地貌为水塘,后经回填而成。地面较平整,标高介于5.81~6.62m 之间。根据勘察报告,拟建场地基坑影响深度范围内地层自上而下分别为∶①素填土层,主要由砾质粉质粘土堆填而成,湿,稍密状态。层厚3.2~9.0m,分布于整个场地,其中基坑北侧因电缆沟开挖回填形成9m厚填土;②粉土∶湿,松散状态。层厚0.6~1.9m,分布于

整个场地;③淤泥质粉细砂∶灰黑,黑色。层厚0.5~7.4m,标贯3~9击,分布于整个场地;④含粘土中粗砂∶饱和,稍密状态。层厚1.1~5.7m,标贯6~17击,分布于场地局部地段;⑤含砾粉质粘土∶可塑状态,层厚0.7~3.2m,标贯5~17击,分布于场地局部地段;⑥砾质粉质粘土,湿,可塑~硬塑状态。层厚1.6~12.6m,标贯6~27击,分布于整个场地;⑦全风化中粒花岗岩,基坑的东南侧中风化花岗岩层顶埋深约25~28m,距基坑底约 3~5m。各土层物理力学参数见表1。


三、基坑支护方案


本基坑安全等级为一级,通过一系列的方案对比优选,同时结合周边的环境考虑,最终决定对基坑的东西两侧采用混凝土对撑,南北两侧采用桩锚支护,基坑角点采用角撑加固。具体方案如下∶


1.基坑东西侧支护方案


基坑东西两侧均采用三道混凝土支撑结构控制地铁结构的位移。支撑截面 1.0mx 1.2m,采用商品混凝土C30 浇筑而成。基坑西侧临近地铁,采用钻孔咬合桩。设计桩径 1.2m,桩间距 1.0m,素混凝土桩与钢筋混凝土桩交错搭接。基坑东侧金中环基坑段,采用人工挖孔咬合桩支护,挖孔桩设计桩径1.2m,桩间距1.15m,搭接5cm,此段单独设置止水帷幕。基坑东侧金中环基坑段以外部分,采用钻孔桩支护,设计桩径 1.2m,桩间距 1.5m,桩间旋喷止水。基坑西侧的西北角一带,因地下室结构与地铁结构距离太近,采用植筋成墙的方式。西侧的其他地段采用钻孔咬合桩支护(支护剖面如图2所示)。


2. 基坑南北侧支护方案


基坑南侧采用桩锚支护,角点处增加角撑,北侧存在一条埋深达9m的电缆沟,采用桩锚支护(支护剖面如图 3、4 所示)


本基坑为深度大于 10m的一级基坑,场地周围环境条件差。根据基坑支护的特点、场地地质条件、周边环境条件,基坑监测的重点为;


(1)基坑西侧临近地铁段,处于重要部位而且位移监测要求又很高,因此该段的沉降位移监测应特别注意,地铁支护桩上的沉降位移监测是重点;


(2)基坑东侧北段为在建的金中环商务大厦,设计对该位置处变形监测控制标准要求很高,监测时应注意;


(3)基坑北侧埋深6~9m的电缆沟的水平位移观测也是本工程的监测重点部位;


(4)根据基坑开挖与支护的过程特点,特别注意基坑开挖至最后一道支撑时及坑底面板施工时的监测;


(5)地下室施工周期较长,要特别注意雨季时上述重要部位的监测。监测平面布置如图 5所示。


五、监测结果分析

1.基坑支护桩顶沉降位移


支护桩顶沉降随时间的变化代表曲线见图6。从图中可以看到,基坑支护桩顶监测点沉降随时间的推移逐步增大,且各沉降点的变化幅度基本一致。由最终监测结果除 WS18及WSI9点累计沉降值超过10mm之外,其余各点累计沉降量均在 10mm 以下。从图中分析,监测工作开始至7月初,各监测点的沉降缓步发展,基本处于稳定状态,随后,沉降开始发生,并发展较为迅速,至10月底,沉降有所放缓,但仍有少量发展。支护桩顶的沉降发展与现场施工进度是一致的,基坑是在7月初开始开挖,到10月底基坑南侧底部第一道换撑已形成。由此可知,基坑支护桩施做阶段,其沉降量很小;随基坑支护桩悬臂高度的增加,基坑桩顶沉降量逐步增大;换撑后,基坑悬臂高度缩小,沉降量继续增大,但沉降速率明显放缓。


2.基坑支护桩顶水平位移


支护桩顶位移随时间的变化代表曲线如图7所示。由图可知,各基坑支护桩顶监测点位移随时间的推移逐步增大,且各位移点的变化幅度基本一致。但各位移点位移量差别较为明显。位移较大处位于基坑南一支撑梁东侧,最大处 WS19'测点位移量超过17mm。另外基坑南侧 WS2测点、基坑北侧 WS14测点位移量也达到了14.6mm和9.8mm。其余各点累计位移量均在 10mm以下。由图7还可知,从监测工作开始至11月底,各监测点的位移总体趋势为缓步发展,基本处于稳定状态,随后,位移呈迅速发生趋势。分析现场施工进度可知,11月底基坑结构基本已施工至拆除最上部一道支撑梁,此时楼板换撑无法实施,支护桩悬臂高度比拆除上部第一道支撑增加了2.4m,因此,位移迅速发展,而至基坑出地面后,位移量迅速呈收敛趋势。整个过程中,位移速率一直较为稳定,仅拆上部第一道支撑时出现较大变化。


3.土体及支护桩深层水平位移


选取其比较具有代表性的几根测斜管进行分析,图8为23号(QS4)桩深层水平位移统计图。由图8可以看到,桩(土)的位移由上到下逐渐变小。本工程中,土体深层水平

位移与桩身深层水平位移均较小,基本上都在2mm以下 从图中各月统计结合工程进度可以看出,随基坑开挖深度的加深,桩身深层水平位移増加 至基坑结构出地面后及基坑开挖前,桩身深层水平位移可能呈现反复的趋势


4.地面沉降


整个基坑共布设三个沉降监测断面 图9 图10为DS1与DS2沉降观测断面 由图9 10监测断面可知,地面沉降监测点沉降随时间的推移逐步增大,且位移点的变化幅度基本一致 支护桩施做阶段,由于基坑降水,地面有所沉降;基坑开始开挖,地面沉降迅速发展-直到基坑开挖结束 基坑开挖中沉降速率较大,而支护桩施做阶段,沉降速率较小。


与支护桩桩顶沉降量变化作比较可以看出,其两者之间变化是相互联系的,支护桩与地面沉降成正比例,地面沉降量约为支护桩桩顶沉降量2倍 另外,由于支护桩施做阶段的降水,该阶段的沉降量最大达到了 7mm,因此对于基坑尚未进行开挖时进行沉降观测

是不可忽视的。3 个地面沉降断面比较而言,DSl 断面总沉降量明显大于其他两个断面,这与基坑桩顶沉降、位移变化是相互印证的,反映出基坑开挖过程中对于危险部位,其两者有相同的作用,且其变化规律基本相同。对于同一沉降监测断面,沉降量并没有呈现离基坑越远沉降量越小的特征。这 3 个沉降断面数据说明,对于基坑周边各点,我们不能简单地认为,距离越远,沉降量越小。可以简单的推断,在一定距离外,沉降随离基坑的距离增长而增大。在基坑周边一定距离内,其各点沉降规律应与其平面位置有关,而不仅仅只与该断面有关。


5. 地铁出入口变形监测


图 11 与图 12 分别为地铁 4 号口与地铁5 号口各沉降点沉降随时间变化曲线,由图中可知,对于地铁4 号出入口,支护桩开挖对其影响较大、其大部分沉降量均为支护桩施做阶段产生,而对于地铁5号出入口,大部分沉降在基坑开挖过程中产生。主要是因地铁4号出入口位于基坑西侧,且离基坑距离非常近,支护桩采用人工挖孔桩,其降水等施工影响了地铁4号出入口,导致其在支护桩施做阶段沉降较大,而基坑开挖时,由于支护桩结构稳固及东西侧的对撑,地铁4号出入口反而沉降稳定。对于5号出入口,其位于基坑北侧。离基坑距离稍远,中间还夹了一条埋深约6m的电缆沟,支护桩施工较迅速,距主要降水点又较远,因此支护桩施做对其影响较小,基坑开挖后、由于基坑北侧支护形式为桩锚支护,其较之支撑结构稍微不稳固,结果基坑开挖过程中,图上反映出地铁5号出入口沉降变化较大。


6. 支撑轴力


图 13为第一道支撑(标高 3.6m处)代表性的支撑轴力随时间变化曲线,局部跳跃主要是因为施工荷载增加所致。支撑轴力受支撑体系结构等因素的影响,变化不规律,但其总体趋势稳定,监测自该条支撑梁制作完成开始至拆除结束,支撑梁制作完成,随其下部土体开挖,其轴力稳步上升,至一定位置后呈现较稳定的特性。随后可能由于施工荷载的增加呈跳跃的特征,但变化不大。


7. 土压力与孔隙水压力


图14 为代表断面土压力随时间变化的曲线。开挖初期,基坑外侧土压力显示出静土压力特征,随深度的增加,土压力增加不大,其不同位置、不同深度表现略有不同。静止土压力向主动土压力转变过程中,变化较为缓慢,中间随施工荷载影响出现偶尔跳跃的特征,监测结束时土压力较之开始时增加不大,说明支护结构较为稳定,受到的侧向土压力不是很大。

基坑开挖过程中,土压力的动态变化受施工进程 土体沉降 墙体挠曲 施工机械布置等各种因素而变得异常复杂,它是荷载作用与结构变形 土体与墙体变形协调的结果(T02523、T02548. T04329. T04325、T04326、T04331、T02513 以及 TO25O1 均为 Y4断面埋深分别为5m、10m、15m、19m、20m、22m、25m、25m处土压力盒)


8.支护桩弯矩


图15 16为支护桩桩身弯矩随时间变化的曲线 基坑开挖约为7月初至10月(基坑北侧较晚些),从图中可以看到,基坑开挖前,桩身弯矩较为稳定,基本无变化;基坑开始开挖,其上部弯矩开始增大,随开挖加深及上一道支撑的完工,上部弯矩开始减小,而下部弯矩有増加的趋势,随后弯矩被支撑分担,有减小趋势 23号桩 59号桩桩身弯矩最大处出现在一15.0m深度处,同时其他深度处弯矩很小,表明该处支撑可能间距过大。

9.锚索应力


图17为锚索应力实测结果,表2为锚索实测值与设计值的比较 锚索应力监测结果表明,基坑南侧锚索应力较大,北侧的锚索应力较小,表2中可以看到,南侧锚索实测值与设计值之比为37. 4%〜65. 9%, 而北侧的锚索实测值与设计值之比仅为12. 5%〜29.8% 锚索应力未得到充分发挥,另外,下面一道锚索张拉过程中会导致其上一层锚索周围土体松弛,使其应力之降低 (MY3南侧第三道锚索;MY5为北侧第二道锚索)


六、结论与建议


由以上分析可知、该基坑周边环境复杂,施工及观测难度较大,而且在开挖工程中遇到的难题较多。基坑南北开挖不同步,且相差较大;作为一个整体基坑,北侧施工难度较之南侧大.因此基坑南北开挖不同步。基坑南侧进度比北侧进度快约2层地下室。由于各方面的原因,造成基坑暴露时间较长,由此,对监测工作提出更高的要求。因此做好基坑的现场监测工作。对保证施工的正常运行非常重要。由以上分析可见,本基坑在整个开挖过程,尽管基坑周边环境复杂、基坑施工难度大、暴露时间长,但监测数据表明该基坑所采用的支护方案,在整个基坑开挖过程中,支护结构相当稳定。



感谢供稿作者:

吴燕开(山东科技大学土木建筑学院)

郭海轮(深圳市勘察研究院有限公司)