城投控股大厦围护结构变形研究

摘要：由于岩土材料性质的复杂性、多变性、计算模型的局限性，使得设计阶段难以准确的预测基坑支护结构和周围土体在施工过程中的变化。因此，为保证深基坑工程的安全，需要在施工阶段开展严密的施工监测进行配合。而众多监测数据中，测斜(墙体水平位移)作为确定基坑围护体系变形和受力的监测项目，最直观的反映基坑工程安全状态。本文通过对城投控股大厦（即吴淞路150号地块）围护结构测斜的监测数据分析，得到了基坑围护结构测斜的基本特点及其变化规律；通过比较不同测斜孔的测斜累计值，得出基坑具有明显的空间效应的结论。

关键词：深基坑；围护结构；监测；测斜

Investigation of the displacement monitoring data of deep pit on the Chengtou Mansion

Deng feng

Abstract: It’s difficult to calculate the deformation of the supporting structures and surrounding soils accurately, for the complexity and polytrope of the soil property and the definition of the calculate model, in the design periods. So, in order to ensure the safety of the deep pit, it’s necessary to carry out the observation during and after construction strictly. Theinclinometer(lateral displacement of wall), as one of the monitoring items in the deep pit, is used to reflect the deformation and stress of the supporting structure, reflects the safe state of deep pit directly. The paper introduces the general features and evolutions of lateral displacement of supporting structure by analyzing the monitoring data got from the project item of Chengtou Mansion （150th land masses of Wusong Load). Also, it is shown that, by comparison of the accumulative values of later displacement of supporting structure from the different holes, the deep pit has space effect obviously.

Keywords: deep pit; supporting structures; monitoring; inclinometer

0 工程概况

城投控股大厦项目位于虹口区吴淞路150号地块（以下简称“吴淞路150号地块”），工程西起吴淞路，北抵闵行路，南至天潼路，东靠峨眉路。峨眉路东侧为闵行大楼（上海市历史保护建筑），地面7层、地下1层砖混结构，地下室深3.8m，基础为229×305木桩，桩底标高-9.0m，距基坑最近处仅15.3m；闵行大楼南侧为2层砖混结构老式居民楼。

基坑西侧为吴淞路闸桥北引桥段，建成于1989年，采用先张法预应力22m等跨连续空心板梁，梁高90cm，双柱式桥墩，承台埋深约2m，基础采用φ800mm灌注桩，桩长28~44m，按摩擦桩设计，桩底处于52层灰色亚粘土层，灌注桩距基坑边最近距离约20.3m。

基坑北侧，与基坑一路之隔的是虹口公安分局办公楼，建成于1999年，地面6层、地下1层砖混结构，地下室底板标高-2.5m，底板下φ700搅拌桩底标高-18.0m，临闵行路一侧的地下室围护结构为约10m桩长的φ600@800钻孔灌注桩，以及12m深的深层搅拌桩止水帷幕，办公楼外墙距基坑边约19.6m。虹口公安分局东侧为2层砖混结构老式居民楼。

吴淞路150号地块平面呈约138×80m不规则四边形，地下室为地下三层现浇混凝土结构，底板底埋深约15.55m(风机房局部落深处埋深18.45m)，地下室外墙厚500mm，底板厚900mm，车道范围顶、中、底板厚500mm，其余板厚150~180mm，坑底落于易液化的③2层砂质粉土中，本工程采用800(局部落深处采用1m)厚地下连续墙作为基坑开挖施工阶段的围护结构，地下墙长度34-35米。

1 测斜监测

1.1监测基本原理

目前，测斜仪器普遍采用图2所示的美国Geokon-603测斜仪进行测试，其测试原理为：利用重力摆锤始终保持铅直方向的性质，测得仪器中轴线与摆锤垂直线的倾角，倾角的变化导致电信号变化，经转化输出并在仪器上显示，从而可以知道被测构筑物的位移变化值(如图3)。实际量测时，将测斜仪插入测斜管内，并沿管内导槽缓慢下滑，按取定的间距L逐段测定各位置处管道与铅直线的相对倾角,假设桩墙(土体)与测斜管挠曲协调，就能得到被测体的深层水平位移，具体计算如式1、2所示。测斜管为基坑围护地下连续墙的钢筋笼上绑扎安装带导槽的管径为Φ70mm的PVC管，内壁有二组互成90°的纵向导槽，导槽控制了测试方位。埋设时，应保证让一组导槽垂直于围护体，另一组平行于基坑墙体。因此，只要配备足够多的量测点(通常间隔0.5m)，所绘制的曲线几乎是连续光滑的。

(1)

(2)

式中： 为i深度的累计位移(计算结果精确至0.1mm )

为i深度的本次坐标(mm)

为i深度的初始坐标(mm)

为仪器在0方向的读数

为仪器在180方向上的读数

C为探头标定系数

L为探头长度(m

基坑各侧地下连续墙围护内均埋设测斜管，考虑西侧和东侧围护相对较长，在其中部及近西端位置处各埋设2根测斜管，其余围护边中部各埋设1根测斜管，本基坑地连墙围护结构内共埋设13根测斜管，测点编号为P1-P13。其中东侧靠近闵行大楼处埋置较深，达到了33m，而西侧和北侧的测斜孔埋置为25-33m不等。

1.3 测斜监测成果

在基坑开挖前，分二次对每一测斜孔测量各深度点的倾斜值，取其平均值作为原始偏移值。并根据表1所示的施工工况，提取相应的测斜值，得到不同工况下的测斜曲线。由于篇幅所限，文中选取了具有代表性的P01、P03、P09、P12 在各种工况下的测斜数据，如图5所示。图中，“＋”值表示向基坑内位移，“－”值表示向基坑外位移。

表1. 基坑施工工况

2 监测数据分析

2.1 测斜曲线特点

1) 基坑测斜曲线为典型的有支撑板式围护变形曲线，即两边小、中间大的“大肚子”型变形曲线。

2) 随着基坑开挖的不断深入，围护结构的测斜水平位移也在不断增大，围护结构最大水平位移部位逐渐下移，且测斜最大值基本在基坑开挖面上下2-3米范围内。如：测斜P01点出现极大值的深度在14米处左右，测斜P03点的极大值的深度在17米左右，测斜P09点的极大值的深度在15米左右；测斜P12点的极大值的深度在20米左右；基本符合深基坑的统计规律。

3) 从变形速率分析，在浇筑底板前，测斜变形速率较大，尤其是基坑开挖第三层土的时候，测斜变化非常明显，而在浇筑完底板混凝土后，速率明显下降。

4)从图5中可以看出，P09由于底板浇筑不及时，其底板浇筑期间，还是存在着较大的测斜变形，若及时，浇筑底板期间几乎没有变形。因此，基坑开挖到底后，应及时浇筑垫层和底板。

2.2 测斜结果比较

1) 根据测点布置情况，测点P03和测点P12点分别位于长边和短边的中点。根据图5中的监测数据可知，长边和短边的测斜最大累计值均略大于角部布置点P01，这印证了角点附近存在拱角效应。

2) 位于长边中点的测点P03和测点P09，两者也存在着较大的差别，比如，P03在开挖完成时，测斜已经超过50mm，而P09测斜只有35mm左右，这可能是由于东侧围护结构有一定渗水引起的。

3 原因与对策

吴淞路150号地块基坑的保护等级定为二级，根据规范要求，围护墙最大水平位移量≤3‰H0(H0为基坑开挖深度)。本工程的开挖深度H0=15.55m。根据不同测斜孔测斜的累计值可以得出：P01点的最大水平位移量为4.88‰，P03点的最大水平位移量为5.49‰，均超过了规范要求。而根据设计方案的设计模型计算，

围护的最大水平位移为47mm，最大位移深度在10米左右，显然施工过程中的位移量接近设计值的2倍，最大位移深度也比设计大幅下移，而且，图5中所示的测斜曲线均具有明显的“踢脚”现象。

3.1 测斜曲线原因分析

根据实测测斜曲线可知，吴淞路150号地块的北侧的地下连续墙变形累计值明显超过了设计值，且测斜曲线具有明显的“踢脚”现象，综合分析，认为造成此种现象主要有以下几点原因：

1) 开挖处土层均处于②3层土，含水率高，并且疏干井降水效果不理想，导致开挖过程中土体已液化，不仅增加了开挖难度，而且降低了地基土抗剪强度，从而增加了围护结构的变形。

2) 施工单位在施工过程中没有能够协调好土方挖运工作，导致基坑开挖速度缓慢，无支护时间过长，基坑变形加大。

3)在第三道支撑尚没有完成的情况下，施

工单位为抢工期，提前开挖北块第四层土（局部落深处）。

4）基坑附近由于重型车辆来往，并且时有超载现象，这增加了围护结构的附加应力。

4.2 应对措施：

针对地下墙的变形情况，外滩地区交通综合改造工程建设指挥部召集设计单位、监测单位、施工单位进行会商，采取了以下应对措施：

1) 监测单位将监测频率提高到2-3次/天，及时将数据反馈给设计单位，设计单位对基坑的即时状态调整设计，确保基坑整体安全。

2) 施工单位合理安排施工组织，加快垫层、底板混凝土浇筑。

3) 垫层厚度由原设计200mm调整为300mm。

4) 对底板局部落深的标高进行设计优化，由原设计的五级标高调整为三级标高，加快土方开挖速度。

5) 在底板浇筑前，增加了一道混凝土板撑，抵抗部分轴力，降低侧向变形速率。

6) 严禁墙后的道路超载现象。

4 启示

1) 深基坑开挖有很强的时空效应，施工单位尤其应重视土方开挖分项工程的施工组织设计工作，严格遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。

2) 基坑长边中点附近变形最大，角点附近由于拱角效应的存在而变性较小。因此，在工程实践中，长边上监测点的监测数据对基坑的整体安全性评价更具参考价值。

3) 有效地降水既便于土方开挖，缩短工期，也可减少土体含水量，提高地基土抗剪强度，减少围护体变形。因此，对于易液化土层的开挖，尤其应严密监测降水水位。

4) 由于深基坑底板施工一般周期较长，采取一些加强垫层的措施非常必要，如增加垫层强度、垫层厚度、在垫层中铺单层双向钢筋网片等，均可提高垫层发挥临撑的作用，从而减小因底板钢筋绑扎施工引起的基坑暴露时间过长所产生的时间效应。此外，也可以结合工程自身特点，在底板上设置后浇带，根据挖土进度，分段分块浇筑垫层和底板混凝土，也能有效减缓测斜变化速率。

5) 通常，地下室底板局部落深部位多、深度大（如电梯坑、承台等），所以最后一层土方开挖进展缓慢，这也延长了土体的暴露时间，并且在开挖到最后一层土时，围护体的测斜变形速率也在不断增加，此时整个基坑是处于最不安全的状态。因为建议在施工图设计阶段，由建设单位牵头，组织设计单位和施工单位对底板的局部落深这一细节问题进行研究，使方案既要满足设计在功能上的要求，也要尽可能地缩短开挖土方的工期。

6) 动态设计和信息化施工相结合是基础工程设计和施工的重要原则，而深基坑监测是体现这一原则的重要手段。在整个施工过程中，强化施工监测，及时反馈信息是确保安全、高效施工的重要措施。

为倾角

值得一提的是，测斜变形计算时需确定固定起算点，起算点位置的设定分管底和管顶两种情况。对于无支撑的自立式围护结构，一般入土深度较大，若测斜管埋设到底，则可将管底作为基准点，由下而上累计计算某一深度的变形值，直至管顶。对于单支撑或多支撑的围护结构，在进行支撑施做(或未达到设计强度)前的挖土时，围护结构的变形类似于自立式围护，仍可将管底作为基准点。当顶层支撑施做后，情况就发生了变化，此时管顶变形受到了限制，而原先作为基准点的管底随开挖深度的加大，将发生变形，因而应将基准点转至管顶，由上而下累计某一深度的变形值，直至开挖结束。

本工程以管顶作为基准点，从上而下累计变形值，这样才能更加真实的反映施工期间围护结构的变形情况。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开