深部水平位移量测技术在基坑开挖中的应用

摘 要：本文介绍了基坑桩体深部水平位移的量测原理与技术，以大连地铁海事大学车站基坑施工桩体水平位移为背景，在基坑四边建立了26个桩体深部水平位移的监控量测测站，运用TFL-CCX-D1移动式测斜仪进行了为期10个月现场监测，得出了桩体在基坑降水、开挖、架设支撑及主体结构施工过程中的水平位移变化规律，桩体最大水平位移符合相关规范要求，保证了基坑施工的安全性。

关键字：地铁；明挖基坑；围护桩；深部水平位移；监控量测

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：

1 基坑深部水平位移测试原理

基坑深部水平位移测试采用测斜仪, 它可精确地测量沿垂直方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器。测斜仪分为活动式和固定式两种, 在基坑开挖支护监测中常用活动式测斜仪。活动式测斜仪按测头传感元件不同, 又可细分为滑动电阻式、电阻片式、钢弦式及伺服加速度计式四种。

基坑变形观测通常采用滑动式测斜仪，主要由测斜管、探头、电缆和主机四部分组成。工程应用时，首先在土体( 桩体) 中预埋测斜管，土体( 桩体) 发生变形后，整个测斜管也产生相应变形，测斜探头滑轮顺槽逐点测试，从而可精确测出水平位移量。根据位移量的大小，做出预报，指导施工。

2 海事大学地铁站明挖基坑测斜监测技术

2.1工程概况

海事大学站设在黄浦路与凌南路交口南侧道路下，沿黄浦路敷设，车站主体基本为南北走向。车站中心里程为DK19+765.165。

海事大学站设计范围包括自车站起点里程DK19+644.965至车站终点里程DK19+819.965总长175.0m之间的站厅、站台、出入口通道及风道的建筑设计部分。

本站为地下双层岛式站，覆土厚度约3.2m。地下一层为站厅层，地下二层为站台层，车站总长175m，标准段宽18.5m，海事大学站站台宽度为10m，计算站台长度118m。

车站主体的二层框架结构的基坑采用φ1000@1400mm钻孔灌注桩（外设止水帷幕）加内支撑作为基坑支护结构，桩顶设冠梁，坑内降水。沿基坑竖向设4道钢支撑，第一道支撑设在冠梁上，其它三道钢支撑通过钢围檩分别设在结构-4.0m、-9.0m及14.5m。基坑平面内一般采用对撑，在端部与角部采用斜撑。

2.2 测点布置

沿海事大学地铁车站围护结构每隔15m设一个测斜管，深度与钻孔灌注桩的钢筋笼相当，平行于黄浦路方向双侧各布置12个，垂直方向双侧各布置3个，累计布置26个测斜管。

2.4 监测方法

（1）、测斜管的安装。测斜管采用绑扎方法固定在钢筋笼上，一起吊入孔中。在进行测斜管管段连接时，必须将上下管段的滑槽对准，使测斜管的探头在管内平滑移动。为了防止砼浆进入管内，还应对接头密封处理。

（2）、测试过程。深部水平位移监测采用TFL-CCX-D1移动式测斜仪，移动式测斜仪量程±30°，辨率为2″，线性±0.025%，精度5″。不锈钢连接杆与滑轮组件连接后，安装在带导槽的测斜管中与测斜管一起移动，以监测基坑的水平位移。配合自动化数据采集设备，通过对量测仪器轴线与铅垂线之间的夹角变化量进行分析，进而计算出基坑不同高处的水平位移。

（3）、监测频率。深部水平位移监测在围护结构施工期间每周监测2次，坑内降水每3天监测1次，基坑开挖每天1次，浇筑底板后每3天1次，拆除支撑期间每天1次。

3 监测分析

3.1 基坑降水对桩体水平位移的影响

为了避免地铁海事大学站基坑开挖过程中产生流沙、管涌，防止基坑壁土体的坍塌，保证基坑坡面及坡底的稳定，在基坑开挖前采用了无隔水帷幕轻型井点降水法，降水过程中，对桩体水平位移进行了监测，由CXE03桩体深部水平位移曲线可以看出，基坑降水对桩体深部位移影响不同，浅部（12m)影响较小，最大深部水平位移为0.5mm，约为浅部的三分之一。

基坑降水能够引起土体的瞬时沉降、固结及土体流变产生的二次固结，根据土体有效应力原理，土体的总体应力为土体骨架应力和孔隙水压力，当降水后，原由孔隙水承担的压力转移到土体骨架的有效应力，使桩周土有效应力增大，并因固结产生显著下沉，对桩体产生了侧向负摩擦阻力和荷载，导致了桩体不同程度的变形。基坑降水周期较短，降水后，桩体上部土体失水固结较下部充分，故桩体下部水平位移较小。

CXE03桩体深部水平位移曲线表明基坑降水尽管导致桩周土的固结沉降并对桩体产生变形，约为基坑开挖诱发桩体变形10%。因此，当基坑开挖时，应采取一定的降水措施。

3.2、基坑开挖对桩体水平位移的影响

当基坑开挖到4m时，桩体4.0m位置的的水平位移由1.16mm增加到4.23mm，增加幅度为2.33倍。桩体0.5m位置的的水平位移由6.9mm增加到7.8mm，为施工当前位置的1.05倍。桩体1.0m位置的的水平位移由5.6mm增加到7.4mm，为施工当前位置的2.12倍。桩体1.5m位置的的水平位移由5.5mm增加到7.2mm，为施工当前位置的1.79倍。桩体2.0m位置的的水平位移由6.9mm增加到8.49mm，为施工当前位置的1.51倍。桩体3.0m位置的的水平位移由2.20mm增加到5.47mm，为施工当前位置的2.93倍。随着基坑开挖深度的增加，桩体深部水平位移逐渐在增大，最大水平位移为12.19-14.53mm，并施工开挖阶段水平位移站全部水平为移动的60%-80%。基坑开挖对上部桩体的水平位移影响较为明显，较为开挖的桩体影响较小，对开挖面以下影响范围大约在1-2m，基坑开挖导致开挖面突然卸载，桩及桩周土瞬间处于不平衡状态，导致桩体及桩周土的变形增加。在基坑开挖时应及时对开挖基坑壁进行支护，并进行及时桩体水平位移监测能够实现基坑信息化施工。

3.3、钢支撑支护对桩体水平位移的影响

大连地铁海事大学车站基坑开挖过程中，进行了3次钢支撑支护，分别在桩体的4.0m，9.0m及14m位置。为了便于分析，绘出4.0m支撑附近位置桩体3.0m至5.0m位置水平位移曲线见图7所示。4.0m位置的桩体架设支撑时水平位移为1.67mm，为3.0m位置桩体架水平位移的72%，为5.0m位置桩体架水平位移的327.45%，主体施工结束以后4.0m位置的桩体水平位移为9.2mm，为3.0m位置桩体架水平位移的61.3%，为5.0m位置桩体架水平位移的69.9%。由此可见钢支撑对控制桩体水平位移具有显著的作用。

4结束语

通过对大连地铁海事大学地铁站基坑施工的监测分析，该基坑的降水、围护及支护方案满足基坑稳定性的要求，证明了基坑设计和基坑施工的合理性。

大连地铁海事大学地铁站基坑施工过程中的桩体深部位移监测表明，基坑降水、基坑开挖、主体施工（含拆除支撑）等工序对基坑土体及围护结构水平位移都有重要的影响，其中基坑开挖的影响最为明显，约占整体水平位移的60-80%，在基坑信息化施工过程中，围护桩的深部水平位移监测是一个关键性指标。在基坑开挖时应及时对开挖基坑壁进行支护。

钢支撑对控制桩体水平位移具有显著的作用，对局部软弱地层等不良地质条件应及时架设钢支撑，能够有效地控制基坑围护结构及基坑壁变形，避免灾难性基坑事故的发生。

参考文献：

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