深圳市某项目基坑开挖南北向长约186 m，东西向长60 m，基坑开挖深度17 m。所处地区为台地地貌，地形较平坦，周围无建筑物。基坑开挖范围内上覆第四系全新人工堆积层、中更新统残积层，下伏燕山期花岗岩，场地内分布的地层自上而下以典型钻孔为例依次为：素填土(粘土)、砾质粘性土、砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。车站结构主要穿越地质条件较好的砾质粘性土、砂质粘性土地层。
考虑到场地地质条件较好，基坑支护采用放坡+预应力锚索+土钉结构，上部坡高7 m，采用土钉墙支护按1∶1放坡开挖，土钉钢筋长2.5 m；下部按1∶0.25放坡开挖，土钉钢筋长14 m，上下坡之间设1.5m宽平台，平台下设置1排预应力锚索，成孔直径为150mm，水平间距为2.4 m，与土钉间隔跳打。基坑支护剖面图如图1所示。
图1 基坑支护剖面图
Fig.1 Foundation Pit Support Profile
在基坑工程实践中，实际工程的施工与设计值估值相比往往存在一定的差异。若基坑围护结构及周边建筑变形超过允许范围，将危及基坑内外侧建筑物和构筑物的安全。因此在基坑开挖和结构施工过程中必须加强围护结构与周边环境的监测，及时掌握基坑开挖过程中的动态变形情况，为施工开展提供及时的反馈信息［1］和有效决策依据，进而对施工方案进行优化，缩短工期，降低造价，确保整个支护体系及周边建筑的安全［2］。
根据设计要求达到动态设计和信息化施工的目的，依据有关规范［3-6］并结合基坑工程的情况特点提出以下监测方案：
按设计要求，在基坑坡顶布置14个测斜点和28个沉降点用以监测基坑边深层水平位移及沉降情况；同时注意应将坡顶监测点与测斜孔位置尽量重合，以便相互印证。在基坑东侧的中部布置16个水位观测孔；在基坑东西两侧各布置12个锚索拉力测试点和土钉测试点。具体测点位置见图2监测平面布置图。
图2 基坑平面图及监测平面布置图
Fig.2 Foundation Pit Floor Plan and Monitor Floor Plan
变形观测在基坑开挖期间每1～2 d观测1次，其它时间3～5 d观测1次。主体结构施工期间每周观测1次。遇雨天或发现变形发展速率较大时增加观测密度；当变形急剧发展、出现破坏预兆时，对变形连续监测，及时掌握变形发展趋势和准确判断基坑安全性状。
本基坑有以下特点：一是开挖深度大，最大深度达20.54 m；二是基坑周围为城市主干道且靠近住宅，地下管道密集。结合该基坑特点，在基坑施工过程中实行信息化施工［7］，根据反馈的监测信息，及时调整相应的开挖、支护、施工等参数，降低基坑开挖对周边环境的影响。
基坑周边共布14个测斜孔，监测过程中部分破坏，剩余9个测斜孔数据有效，测斜管采用土体测斜方式，基坑开挖前将测斜管埋入基坑坡顶，根据开挖进度不定期监测基坑变形状况，下面以基坑危险断面处1-1剖面为例就其监测结果进行分析。
⑴ 根据图3可知，在土体开挖初期，深层水平位移曲线近似呈直线变化，原因是土方开挖初期，基坑周边土体扰动较小，土体变形呈现出蠕变特性，至5月10日测斜孔最大位移13.02mm。随着开挖深度的增加，基坑内土体卸载，基坑周围主动土压力增加，挤压围护结构，致使围护结构迅速向基坑内侧迁移，基坑变形呈现出明显的空间效应。深圳地区7月份进入汛期，降雨频繁，围护结构止水帷幕施工质量较差，基坑周围经常有渗水现象，加上该地区地下水位较高，基坑内外水位差异变化明显，在基坑场地内外形成了地下水主要向坑内和基坑西南侧排出的非稳定渗流场，围护结构长期处于高水位的浸泡和渗流场作用，对围护结构和稳定产生了不利影响［8］。基坑开挖约12 m处，CX3测斜孔最大位移25mm，变形速率加大，最大变形速率为3.27mm/d，超过速率报警值，监测人员据此向施工单位报警，建议及时对锚杆施加预应力，补偿预应力损失部分，并采取相应加固措施，调整施工方案，避免了险情的发生，同时也确保了基坑开挖及支护作业的顺利进行。至6月底基坑最大变形达37.6mm，达到最大值，坡顶变形逐渐趋于稳定。
⑵由图3分析可知在基坑土方开挖及地下结构施工的整个监测过程中，深层水平位移沿深度方向在基坑浅部开挖时基本上呈线性变化，在基坑深部开挖变形逐渐增大变化,整体曲线形态大体呈“扫帚”形，最大位移点出现在基坑的中上部，最小点在桩底，出现这种现象的原因，是基坑浅部开挖时，基坑围护桩处于悬臂状态，其最大位移点在顶部，随着开挖深度的增加，基坑土方卸荷，变形逐渐加大，随着土钉、预应力锚杆的设置进一步施加预应力，从而有效抵抗了基坑的侧移，在后续的基坑开挖工序下，围护结构进一步朝基坑内侧变形。底板浇注完成后，基坑的深层水平位移增长缓慢，并逐渐趋于稳定。
图3 CX3深层水平位移变化曲线图
Fig.3 CX3 Deep Horizontal Displacement Variation Curve
监测过程中，各种原因造成了测点仪器的破坏和中断，结合基坑断面情况，考虑数据的完整性和连续性，选择1-1剖面监测结果进行土钉拉力分析。上部土钉墙为构造性设置，其作用主要为防止雨水冲刷、浸泡造成土体失稳，下部土钉为结构性设置，主要承受因土体开挖所形成的侧面土压力，土钉受力沿长度变化随时间变化时程曲线如图4所示。
图4 土钉受力变化曲线图
Fig.4 Variation Curve of Soil Nails
⑴ 从图4中可以看出，土钉随着开挖深度的增加，其轴力分布沿土钉长度方向呈现两边小，中间大的变化规律；且基坑剖面中上部土钉受力最大，底层土钉受力较小，基坑开挖造成土体应力释放，使得土体有向开挖面方向移动的趋势，同时由于钉土接触面处存在摩擦力，土钉周围土体的应力传递到土钉上，而土钉又将这一应力扩散到土体中，约束土钉从土体中拔出，随着开挖深度增加，土钉轴力逐渐加大，最终在滑裂面位置处达到最大，然后随着摩阻力方向改变，土钉轴力逐渐减小。
⑵ 当开挖至基坑底面后，土钉拉力值逐渐稳定下来。截止到6月底，其拉力增量不再持续增大。
⑶ 不同深度位置上的土钉，其受到的最大拉力有很大差别。TD2的拉力最大，峰值约为110 kN，其次是TD5和TD6，峰值均为105 kN；TD8的拉力最小，峰值仅有33 kN。TD3的最大拉力也仅有33.5 kN，但仔细分析就会发现，这是由于TD3靠近第2排预应力锚索所致，所以这一结果也是合理的。
从图5分析可知，数据分析显示预应力锚索锚固段轴力分布始端最大，末端最小，随锚固段长度的增加轴力逐渐递减，这与纯土钉支护时土钉“先递增再减小”的轴力分布形式完全不同，原因是由于土钉主动受力和预应力锚索被动受力的不同激励机制造成的：潜在滑动土体发生相对位移或相对位移趋势，而稳定土体对土钉施加相反方向的摩阻力，土钉轴力在滑裂面附近出现最大值；预应力锚索的锚固段通常设置在滑裂面以外的较稳定的土层内，受力激励是依靠施加预应力来锁拉住潜在滑裂土体抵抗其位移变形的，锚索的锚固段自开始就被动受拉，加上锚固段的刚度比较大，锚固段与稳定土体之间的滑动位移差沿锚固段全长变化不大，因此轴力随锚固段长度增加逐渐衰减。另外，随着基坑开挖的进行，预应力沿锚固段向深层传递且向周围土体扩散也造成锚固段轴力沿长度逐渐减小。
图5 锚索测点随长度变化曲线
Fig.5 Variation Curve of Soil Nails
对监测数据分析需综合考虑锚索张拉存在预应力损失，实际工程中，由于锚索张拉受各种因素的影响，难免会造成预应力损失，如张拉工艺、张拉工具，锚具及夹片型式等。
由图6可以看出，在施工过程中，建筑物沉降主要经历了两个阶段，第1阶段为从基坑开挖至中间平台阶段（3月6日～5月10日），在此过程中建筑物沉降变化较小多数沉降为10mm，个别距离基坑较近的测点沉降最大值达到15mm。沉降原因可从两方面分析：一是随着基坑开挖深度的增加，开挖面土体应力释放，造成开挖面土体向基坑内侧移动，基坑周边土体逐步沉降，从而引起建筑物随之沉降；二是基坑范围内陆下水丰富，对建筑物沉降影响较大［6］，在施工开挖降水过程中，随着地下水位降低，含水层排水导致周边土体沉降从而引起建筑物沉降。第2阶段为中间缓慢阶段（5月10日～6月10日），由于施工期间材料影响因素，施工缓慢，周边沉降有短暂的回弹。第3阶段为开挖至底并浇筑底板阶段（6月10日～6月28日），此段时间内建筑物沉降变化明显，部分测点变化迅速，如S12、S13、S14、S19、S20、S21、S22 测点，随后底板浇筑，沉降变化趋于平缓，由此可见周边沉降变化与基坑开挖深度、施工工况及浇筑底板有密切的关系，在施工过程中及时采取浇筑底板加固措施，能够有效控制基坑变形，建筑物沉降与地下水的升降、变形体周边约束条件有关，变形具有明显的空间工程效应［8］。
图6 基坑顶部（西侧）沉降随时间变化曲线图
Fig.6 The Settlement of Foundation Pit（West Side）Changes over Time
从图7、图8监测结果可以看出：
⑴ 随着基坑开挖的进行，加上降水的进行，地下水位逐步下降。如2月11日4＃观测井水位在-4m处，到3月底，该观测井水位已降至10多米深。其它9个观测井也表现出同样的规律；从图7还可看出，在同一时间离基坑最近的1＃观测井水位最低，而离基坑最远的4＃观测井水位最浅，将2＃～4＃井的水位连成1条曲线，可以看出这条曲线呈统一漏斗状，这一结果符合水力漏斗理论［9］。
⑵ 从4月初开始直到6月底施工结束，多数观测井的地下水位并无太明显地下降。施工单位派专人24 h不停地降水，使得水位大体总是维持在一个相对稳定的状态，保持水位不变，从而保持沉降稳定，保证周边建筑物安全。
图7 降水井水位与基坑距离关系图
Fig.7 The Relationship between Water Well Water Level and Foundation Pit Distance
图8 周边水位随时间变化变化曲线图
Fig.8 The surrounding Water Level Varies with Time
通过该基坑现场监测及监测分析，得出以下结论：
⑴ 监测的成果全面地反映了基坑结构受力和位移变形情况，深层水平位移变化受蠕变、地下水位升降以及附加荷载等因素影响，放坡+土钉墙+锚索的基坑支护设计变形的最大值不是出现在基坑底部，而是出现在中上部处呈现出“扫帚”形变化，这一点与支护桩“弓形”不同。底板浇筑后，侧向位移的变化速率明显减小，底板的约束作用是明显的，因此当基坑开挖至底后应该加快基坑底板的施工速度，减少基坑暴露的时间，从而减少基坑变形量。
⑵ 土钉轴力分布沿土钉长度方向呈现两边小，中间大的变化规律。各土钉轴力峰值连线所形成的曲线近似边坡滑裂面的弧形曲线，土钉端头面层的安装使得端头轴力并不为零。基坑开挖造成土体应力释放，使得土体有向开挖面方向移动的趋势，同时由于钉土接触面处存在摩擦力，土钉周围土体的应力传递到土钉上，而土钉又将这一应力扩散到土体中，约束土钉从土体中拔出，随着开挖深度增加，土钉轴力逐渐加大，最终在滑裂面位置处达到最大，然后随着摩阻力方向改变,土钉轴力逐渐减小。
⑶ 基坑开挖过程中，及时施加预应力能有效控制锚索轴力变化；开挖过程中及时施加预应力、浇筑底板能有效约束基坑侧壁位移变化。
⑷ 施工期间，需保持周边水位的恒定变化，既要保持基坑内干燥，又要保证周边建筑安全。
参考文献
［1］夏才初，李永盛．地下工程测试理论与监测技术［M］．北京：同济大学出版社，1999：201-202.
［2］徐寒，岳东杰.基坑工程安全监测及其数据处理分析［J］.现代测绘，2004，27（6）：26-28.
［3］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑基坑工程监测技术规范：GB 50497-2009［S］．北京：中国计划出版社，2009.
［4］中华人民共和国建设部.建筑基坑支护技术规程：JGJ 120-99［S］．北京：中国建筑工业出版社，1999：19-21.
［5］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.工程测量规范：GB 50026-2007［S］．北京：中国计划出版社，2007：60-68.
［6］《广州地区建筑基坑支护技术规定》编委会.广州地区建筑基坑支护技术规定：GJB 02-98［S］.广州：广州市建设委员会，1998：84-89.
［7］律文田.深基坑支护的信息化施工［J］.岩土工程技术，2007，21（3）：153-155.
［8］保华富，李仕胜，廖建军，等.建筑物场地稳定性监测实施及成果分析［J］.水利与建筑工程学报，2007，5（4）：44-50.
［9］邹鹏.基坑开挖过程与降水漏斗三维可视化研究［D］.武汉：武汉理工大学，2009.
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