深基坑监测与动态设计技术在城市中心深基坑中的应用

1?工程概况

浙江省全民健身中心工程和下城区潮鸣艮山单元 XC0202–R21–01 地块拆迁安置房位于杭州市下城区体育场路与东健康路交叉口，两个工程的地下室完整连接在一起，共用一个基坑支护体系，基坑开挖深度达15.35~20.55?m。

1.1?土质水文情况

基坑开挖范围内土质以粉土、粉质粘土为主，渗透性较好。地下水分为孔隙潜水和承压水，潜水主要赋存于场填土层和层粘质粉土、层粉砂性土 中。承压水主要赋存粉细砂和圆砾内，承压水含水层埋深在41.2~44.6?m，水头埋深约8?m，相当于高程–0.2?m左右，土方开挖时该承压水对坑底土层没有影响。

1.2?周围环境与地下管线

距离本工程最近的是西侧距基坑12.5?m的杭州市体育事业发展中心杭州体育场看台，该建筑基础采用直径377?mm沉管灌注桩，桩长4.5~15.5?m，浅于本工程的基坑开挖深度。基坑四周管线复杂，其中西侧约6~17?m处为电力管线，埋深1.66?m；约12~23?m处为污水管线，埋深1.1?m；约12.3~22.5?m处为DN?100?mm给水管线，埋深0.6?m，全民健身中心及周围环境如图1所示。

   

图1?全民健身中心及周边环境

基坑围护采用地下连续墙加3道钢筋混凝土水平内支撑，其中地下连续墙采用“两墙合一”技术，将800?mm厚地下连续墙和800?mm厚TRD水泥搅拌墙作为止水帷幕。电梯井等坑中坑采用高压旋喷桩进行土体加固，基坑内侧和外侧同时采用自流深井降水，其中坑外井为备用井，在紧急情况下启用，基坑周边设排水沟、集水井辅助降排水。

2?基坑土方开挖与支撑拆除

根据本工程基坑支护的特点，将水平方向分成东西2个大区块进行土方开挖，每个区块均采用岛盆结合的方式开挖。竖向按支撑梁的设置将土方划分为4个大层进行开挖，每个大层根据开挖深度采用接力式开挖。东西区最后斜坡部分的土方采用小挖机坑内掏土、长臂挖机坑外接力开挖。

自流深井在土方开挖前1周进行降水，以确保坑内地下水位位于开挖面以下1?m。基坑内支撑拆除时采用以绳锯切割为主、机械破除为辅的技术。

3?深基坑监测

3.1?监测目的

（1）通过监测数据与设计预测值对比，判断上一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，同时对下一步的施工工艺和施工进度提出建议，实现信息化施工。

（2）通过监测及时掌握周边建筑物、地下管线与围护体系的变化信息和变形发展趋势，实现动态设计，有效控制周边环境和围护体系的安全，并实现经济效益最大化。

3.2?监测内容

对基坑周边地表土体沉降、周边建筑物位移、周边管线变形、地下水位、深层土体水平位移、地下连续墙水平位移、围护桩顶部位移、支撑轴力、立柱沉降等进行监测，其中周边地表沉降布置30个监测点，周边建筑物位移布置87个监测点，周边管线变形布置127个监测点，坑外地下水位布置14个监测孔，深层土体水平位移布置30个监测孔，地下连续墙水平位移布置13个监测孔，围护桩顶部位移布置15个监测孔，支撑轴力布置66组监测点，立柱沉降23个监测点。监测点位具体布置如图2所示。

   

图2?基坑监测平面布置示意

3.3?监测报警值

根据设计计算、施工工艺和地区施工经验确定监测报警值。监测报警值以总变化量和变化速率两个量进行双重控制，累计变化量的设计报警值略低于设计限值，以起到提前报警的作用。监测报警值具体 如下。

（1）围护结构顶部竖向、水平位移值为30?mm，变化速率连续3?d大于3?mm/d。

（2）深层水平位移40?mm，变化速率连续3?d大于3?mm/d。

（3）坑外地表沉降20?mm，变化速率连续3?d大于3?mm/d。

（4）建筑物竖向位移20?mm，变化速率连续3?d大于3?mm/d。

（5）立柱桩竖向位移20?mm，变化速率2?mm/d。

（6）坑外潜水水位1?d内变化幅度超过50?cm。

（7）第1道支撑轴力为9?000?kN，第2道支撑轴力为10?000?kN，第3道支撑轴力为11?000?kN。

（8）周边刚性管线变形为20?mm，柔性管线变形 30?mm，变化速率均为2?mm/d。

4?动态施工与设计

2023年6月中旬，全民健身中心区块已完成南侧基础底板施工，西侧与东侧正在绑扎基础底板钢 筋，北侧正在开挖最后一层土方。

安置房区块地下2层楼板已浇筑完成，正在拆除第2道钢筋混凝土内支撑，此时基坑个别监测点数值接近设计预警值，施工单位立即与设计等单位对监测数据进行了分析，采取了应对措施，并对相关安全报警值进行了调整，使安全报警值设置更科学、经济、贴合工程实际，具体情况如下。

4.1?基坑监测情况

（1）深层水平位移监测设计报警值40?mm，16个监测点位接近设计报警值，其中最大值为39.47?mm（监测点TT24）。

（2）周边地表位移监测设计报警值30?mm，6个监测点位接近设计报警值，其中最大值为29.49?mm（监测点DB20）。

（3）支撑轴力监测：第1道支撑轴力监测设计报警值9?000?kN，6个监测点位累计值较大，最大值为8?895?kN。第2道支撑轴力监测报警值10?000?kN，12个监测点位累计值较大，最大值为9?916?kN。

（4）部分道路管线沉降监测设计报警值柔性管40?mm、刚性管30?mm，部分监测点接近设计报警值，其中柔性管最大值为39.79?mm（监测点XX7）、刚性管最大值为29.4?mm（监测点GS22）。

4.2?周边建筑物监测情况

深基坑施工过程中，随着土方开挖的深度增加，周边房屋出现沉降及倾斜现象，周边建筑物位移监测设计报警值30?mm，3个监测点位接近设计报警值，其中最大值为29.68?mm（监测点J59），未达到报警 值。最近第4次周边建筑物鉴定与第3次进行比较，未出现增大情况，变化速率平稳，且变化速率未超过规范要求，情况安全可控。

4.3?数据分析与动态施工

（1）基坑地下连续墙监测变形（QT1~QT13）均在30?mm左右，变形数据及变形曲线基本与设计理论分析结果相符，说明基坑围护墙的工作状态正常可控。

（2）局部范围基坑土体测斜数据累计值较大，超过对应墙体测斜值较多，与其对应的水位测点水位降低幅度也较大。其中基坑西南TT5~TT10测斜累计变形为39~49?mm，该范围水位测点SW3~SW6水位累计降低2.5~3.2?m；北侧TT25~TT29测斜累计变形为39~46?mm，对应水位测点SW12及SW14水位累计降低了4.15~4.3?m。

由于开挖过程中坑外未采取降水措施，水位降低说明基坑存在渗漏情况。渗漏产生水土流失，导致测斜及沉降累计变化较大。因此，需要密切关注围护墙的渗漏情况，及时堵漏；对于渗漏导致基坑周边沉降过大的区域采取注浆加固措施。

（3）安置房南侧的道路及房屋沉降累计变形较大，由于目前该区域地下室底板已浇筑完毕，正在进行地下室楼板施工，土体测斜变化速率已趋于稳定，建议加强对该侧道路建筑物沉降监测，预计该范围沉降数据也将逐步趋于稳定。

（4）目前基坑支撑及压顶梁、围檩在日常巡视中均未发现裂缝，建议加强巡查，如发现裂缝及时上报。后续拆撑采取静力切割，并在拆撑过程中加强监测，根据监测结果及时调整拆撑工序。

（5）加快施工进度并尽快优先完成沿基坑边的底板，根据周边环境与监测数据，优先施工西侧基础底板，然后施工南侧基础底板，再施工东侧底板，最后施工其他区块底板，并对个别西侧基础底板再次进行分块，以达到快速形成环基坑底板目的。

根据以上基坑监测数据、周边房屋监测情况及现场施工情况，判断目前整个基坑处于稳定、可控 状态。

4.4?动态设计

整个基坑和周边房屋的变形速率相对平稳，经各责任主体单位协商并分析后续施工影响，将相关报警值进行调整如下。

（1）深层水平位移接近报警值点位数报警值由40?mm调整到55?mm。

（2）第1道支撑轴力报警值由9?000?kN调整到10?000?kN。

（3）第2道支撑轴力报警值由10?000?kN调整到11?000?kN。

（4）周边地表竖向位移接近报警值，点位数报警值由30?mm调整到45?mm。

（5）周边管线竖向位移接近报警值点位数，报警值刚性管由30?mm调整到40?mm，柔性管由40?mm调整到50?mm。

（6）周边建筑物位移报警值由30?mm调整到40?mm。

5?成果分析

后续施工情况正常，至2023年7月25日地下室底板全部施工完成，至2023年12月30日地下室结构全部施工完成。具体监测情况分析如下。

（1）周边建筑物变形监测。周围建筑物沉降最大值为39.41?mm，到地下室结顶时最大值降为38.99?mm，接近报警值，最大沉降速率为1.05?mm/d。

（2）基坑周边地表沉降监测。各值在报警值内，地表沉降最大值为43.94?mm，到地下室结顶时最大值降为43.47?mm，接近报警值。在基坑开挖过程中沉降速率较大，挖土停止后趋于稳定，在支撑拆除过程中有一定的增大，但变化不大。

（3）地下连续墙墙顶沉降监测。最大为10.51?mm，在报警值以内，内支撑施工后逐渐稳定。

（4）竖向立柱垂直位移监测。在基坑施工过程中立柱的隆起在5?mm以内，沉降最大值为15.53?mm，在报警值以内。对于粉质土采用深井降水效果良好，因此降水对其位移变化影响不大，其变化受施工干扰因素影响较大。

（5）基坑外地下水位测。坑内地下水位变化最大为–291?cm，这与天气和局部地下连续墙渗漏有 关，深井降水整体情况良好。

（6）地下连续墙墙体水平位移监测。最大点位为TT7，最大值为54.35?mm，基坑开挖深度与墙体深度的比值分别为0.35?%与0.12?%，施工时基础底板最大值发生在地下15.5?m处，即与基础底板开挖面基本位于同一位置，TT7孔位的水平位移与深度关系曲线如图3所示。其水平位移–深度曲线图的走势呈D字形，上下部位较陡，水平位移最大值发生在最大开挖深度附近，与粉土类的基坑特点相符，且说明本工程地下连续墙结合钢筋混凝土内支撑的支撑刚度较好。到地下室结顶时最大值有所增加，但是深度有所提高，最大值发生在地下14.0?m处。

（7）基坑内支撑轴力监测。第1道支撑轴力最大值为9?894?kN，第2道支撑轴力最大值为10?851?kN，第3道轴力最大值为10?773?kN，均接近报警值。

（8）周边管线位移监测。最大累计值柔性管为–48.99?mm，到地下室结顶时降为–48.85?mm；刚性管为–39.44?mm，到地下室结顶时降为–39.02?mm，均接近报警值。

6?结束语

（1）本工程的变形数据及变形曲线与设计理论分析结果基本相符，说明基坑施工整体科学合理，基坑围护墙体工作状态正常可控，基坑支护设计经济 有效。

（2）在施工过程中，通过监测数据分析及时调整施工工序和施工方法，尽早形成沿基坑周边的底板，有利于基坑稳定。

（3）根据基坑和周边建筑物的变形值、变形速率和变形曲线，进行动态设计，合理调整相关报警 值，有利于降低施工成本、确保安全。

（4）换撑过程中基坑变形非常小，绳锯切割为 主、机械破除为辅的技术对基坑振动少，采用“两墙合一”技术换撑速度快，均对基坑变形控制有利。