六-北京某深基坑监测实例分析

2020/3/281北京某深基坑监测实例分析中国建筑科学研究院钱力航编制编制依据：《基坑工程实例2》，中国建筑工业出版社论文作者：李庆伟陈龙华（中冶集团建筑研究总院）程金明（华北电力大学）2020/3/282一工程概况该工程地处建国门内大街繁华地段，周边建筑物情况复杂。基坑北侧为市级保护文物于谦祠，施工时需精心保护；基坑西侧为新闻大厦（22层），基坑东侧为业主办公楼（2层）、邮政枢纽（12层），基坑东南侧为热力站（3层）及电力开闭站（2层），基坑离热力站最近距离仅为0.85m，如图1所示。2020/3/283图1基坑周边建筑示意图2020/3/284图1基坑周边建筑示意图2020/3/285拟建场地的各主要土层为：.杂填土（平均厚度为3.3m）、素填土（平均厚度为1.8m）、砂质粉土-粘质粉土（平均厚度为5.2m）、粉砂-砂质粉土（平均厚度为2.3m）、.粘土（平均厚度为2m）、粉细砂（平均厚度为2.5m）、卵石（平均厚度为3.6m）、中砂（平均厚度为2.0m）、重粉质粘土（平均厚度为4.5m）2020/3/286拟建工程深度范围内共分布3层地下水，第一层水位埋深为10.30～11.40m，第二层为潜水，水位埋深为17.30～19.50m，第三层为承压水，水位埋深为23.50～26.10m。近3～5年最高潜水水位埋深约18.70m。2020/3/287本工程基坑深度为23.22m-23.72m，局部集水坑深达26.77m，基坑面积约10000m2，周长约500m，属一级深基坑工程。本工程支护结构采用砖砌挡墙-桩锚联合支护型式，上部3.6m采用垂直挡墙，以下部分采用直径800mm的护坡桩，间距1600mm，布置4排锚杆，锚杆位置设在标高-5.00m、-10.5m、-14.5m、-19.0m处。支护结构典型剖面和完成后的照片如图2、图3所示。2020/3/288图2基坑支护结构典型剖面2020/3/289图3基坑支护结构完成后照片2020/3/2810二监测成果分析根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99要求，本基坑的安全等级及重要性需要按照一级基坑来考虑。为确保基坑支护结构及周围建筑物的安全，在基坑开挖、支护及后续结构施工阶段进行了以下项目的监测：基坑支护结构水平位移观测、周围建筑物沉降观测、锚杆应力监测、基坑水位观测等。2020/3/28111位移观测为观测方便且能及时掌握支护结构的变形情况，基坑位移观测点设置在护坡桩桩顶连梁上，各观测点间距为20m-30m。共布设24个水平位移观测点，基坑开挖期间每天观测两次，每层锚杆张拉前后各观测一次，遇到下雨、基坑受扰动等情况时，增加观测频率。根据周围建筑物的实际情况，规定于谦祠、业主办公楼、电力开闭站、变压站等重要建筑物前基坑位移预警值为20mm；基坑周围无重要建筑物位移预警值为40mm。2020/3/2812实测监测点位移变化情况如图4所示：图4部分测点水平位移变化情况2020/3/2813随着基坑开挖深度的增加，这些测点水平位移从开始的1、2mm一直增长到8、9mm。测点W17从6月29日至7月7日8天内位移增加了8mm，接近14mm，位移增长较快。现场调查发现结构施工单位在基坑北侧与于谦祠之间的空地上堆积了大量的钢筋（重量约15t，距基坑边坡约6m），造成该区域附加荷载急剧增加，支护结构的水平位移也大幅增加。该区域测点W18位移较大也是此原因。结构施工单位将钢筋等材料移走后持续监测，发现支护结构的水平位移已逐渐趋向稳定。由此可见进行工程监测的信息化施工对于指导安全施工有着极其重要的作用。2020/3/28142沉降观测本工程基坑开挖深度大，槽壁有易坍塌的人工填土、粉土、砂土和碎石土层，同时在坑深范围内存在多层地下水，为了监测降水及基坑开挖对周围重要建筑物产生过大的不利影响，在施工过程中，对基坑北侧的于谦祠、东北侧的甲方办公楼、西南侧的热力站、电力开闭站等离基坑较近的建筑物设置沉降观测点进行了观测。沉降观测仪器采用精密水准仪，在基坑2倍坑深以外合适位置布置半永久水准基点，在被观测建筑物墙上标记沉降观测点，距离约20m，离开地面高度约0.5m左右，沉降预警值为20mm。2020/3/2815降水施工及基坑开挖阶段，每天观测一次，遇到雨天以及各种可能危及支护安全的水害来源时加强观测，每天观测2~3次。水准基点要联测检查，以保证沉降观测成果的准确性。每次沉降观测做到“定机定人”，监测需连续进行，全部测点一次测完。实际监测结果表明，在本工程采用的支护结构下，周围建筑物沉降较小，最大沉降仅为5mm左右，出现在距离基坑最近的热力站，其墙体并没有出现裂缝。2020/3/28163锚杆应力监测预应力锚杆在支护结构中的作用非常重要，为确保支护结构的安全可靠，掌握预应力锚杆的应力情况，采用了GMS型锚索测力计对锚杆的内力进行监测，如图4所示。该测力计稳定性好，抗干扰能力强，密封可靠，便于现场安装操作、对后续施工影响小。图4锚杆应力计监测施工2020/3/2817图4锚杆应力计监测施工2020/3/28182020/3/2819分别在前三排锚杆中选取了一些锚杆进行应力监测，第四排锚杆由于施工进度原因没有来得及进行监测。监测结果表明：锚杆张拉及锁定过程中，有较大的预应力损失。锚杆预应力损失按照施工过程可分为：张拉过程中的损失、锁定瞬间的损失、钢绞线应力松弛造成的损失及土体变形等其他因素造成的损失。2020/3/2820对锚杆施加预应力的过程中，发现锚索测力计的示数与千斤顶的油泵示数存在差异，即张拉过程中产生了预应力损失，实测结果如表1所示。从监测结果来看，张拉过程中开始时与应力损失所占百分比较大，随着张拉力的不断加大，预应力损失所占的比重越来越少。张拉过程中产生预应力损失的原因一方面可能是千斤顶标定有误差，油泵压力表精度不够，造成读数有误差。另一方面可能与张拉前锚杆钢绞线的弯曲程度有关。因此张拉时在保证千斤顶做好足够精度的标定的情况下采取预张拉的措施有利于减少张拉过程中的预应力损失。2020/3/28212020/3/2822锚杆编号千斤顶表示数（KN）锚杆应力计示数（KN）预应力损失（KN）损失所占百分比（%）1#试验锚杆2251834218.73302874313.0440399419.322#试验锚杆55262952.7110743632.72201754520.53302805015.24403825813.25504836712.23#试验锚杆55272850.9110704036.42201734721.43302765416.44403776314.35504816912.56055376811.2表1锚杆张拉过程中预应力损失实测结果表2020/3/2823在锁定锚杆的瞬间，锚杆预应力损失较大，实测结果如表2所示，其中1号锚杆锁定时预应力损失为39.7%，2号锚杆为58.6%，3号锚杆为27.6%。锁定时预应力损失的主要是由于自锁夹片与钢绞线间的滑移、夹片自身的刚度不够及钢腰梁与护坡桩之间存在缝隙。由于该阶段锚杆预应力损失非常大，如果忽略的话，锚杆很有可能因为达不到设计值而无法充分发挥支护作用，从而造成基坑支护结构出现危险。建议进行预应力锚杆的张拉时，在锚杆钢铰线的承受范围内尽量超张拉或进行二次补偿张拉，以弥补因锁定带来的预应力损失。2020/3/2824表2锁定过程中预应力损失锚杆编号锁定前示数（KN）锁定后示数（KN）预应力损失（KN）损失所占百分比（%）1#试验锚杆39924015939.72#试验锚杆48320028358.63#试验锚杆53738514827.6由于该阶段锚杆预应力损失非常大，如果忽略的话，锚杆很有可能因为达不到设计值而无法充分发挥支护作用，从而造成基坑支护结构出现危险。建议进行预应力锚杆的张拉时，在锚杆钢铰线的承受范围内尽量超张拉或进行二次补偿张拉，以弥补因锁定带来的预应力损失。2020/3/2826对锁定后的较长一段时间内，持续监测测锚杆的长期预应力损失情况。监测结果表明，锚杆的预应力有短暂的增加趋势，很快趋向稳定。根据监测结果分析，长期预应力损失的主要影响因素有钢铰线的应力松弛、土体的变形、边坡中水的渗透等。锚杆应力变化趋势如图5、6、7所示。2020/3/2827图51#锚杆内应力变化趋势图050100150200250300350400450051015202530354045时间(d)应力(MPa)系列12020/3/2828图62#锚杆内应力变化趋势图010020030040050060005101520253035时间(d)应力(MPa)系列12020/3/2829图73#锚杆内应力变化趋势图0100200300400500600051015202530时间(d)应力(MPa)系列12020/3/28304水位观测基坑施工过程中，为保证基坑开挖及土方运输的顺利进行，必须进行降水工作。基坑支护完成后，为保证后续结构施工的顺利进行，必须保证基坑的地下水位在基底以下0.5m，为防止地下水位上升对底板防水层造成破坏，因此需要对地下水位进行监测。北京的地下水资源比较珍贵，降水施工中过多的抽取地下水造成浪费，因此合理降水是一个重要的问题，地下水位监测也就显得非常重要了。2020/3/2831本工程中共设置10口水位观测井，间距为50m左右。采用电测水位计测量地下水位，测线采用平行电缆制作，并做好深度标记，表头使用电流表或者万能表，入水部分采用短钢筋制作。降水之前先进行预观测，取三次观测的平均值作为起始值。开始降水时，每3天观测一次，地下水位稳定后减为每周一次。水位监测工作应该贯穿整个基坑开挖和结构施工阶段，直至结构后浇待完成。在北京多雨季节出现的地下水位上升，采用加大降水井抽水量，延长抽水时间的办法，降低地下水位，并加大地下水位监测的频率，确保结构施工的顺利进行。2020/3/2832除采取以上监测措施外，另外每天由工程经验丰富的人员对基坑稳定作肉眼观测，主要观察支护结构的施工质量、维护体系是否有渗水现象、施工条件的改变、坑边荷载的变化、管道渗漏、降雨等情况对基坑的影响。密切注意基坑周围的地面裂缝、维护结构和支撑体系的失常情况、临近建筑物的裂缝、局部管涌现象，发现隐患及时处理。2020/3/2833结语随着经济建设日新月异的发展，超高层建筑不断涌现。建筑基坑的深度越来越大，周围的建筑物环境日益复杂，施工现场情况也千变万化，这样给设计及施工人员对基坑很难准确的计算支护结构的变形及对周围建筑的影响，因此基坑施工及后续结构施工中进行工程监测就显得日益重要了。2020/3/2834本工程对基坑开挖过程及完成后支护结构的水平位移、周围建筑的沉降、锚杆的应力及地下水位进行了监测。根据监测结果随时掌握基坑支护结构及周围建筑的状态，对支护结构出现的各种情况及时采取相应的技术措施，及时调整施工方案，保证了基坑及周围建筑的安全。体现了信息化施工的优点。施工期间适逢北京雨季，本基坑经受住了雨季的考验，保证了结构施工的顺利进行及周围建筑物的安全使用，取得了良好的社会效益和经济效益。2020/3/2835谢谢大家！