深基坑支护系统监控的研究 何轶鸥 ， 完海鹰 （１．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥摘２３０００９；２．合肥城建发展股份有限公司，安徽合肥２３０００１） 要：结合合肥城建“琥珀五环城”和颂阁深基坑工程为研究背景，参考国内外大量相关文献资料的基础上，对深基坑支护工程 的设计和监拧进行了一定程度的研究。文章阐述了深基坑工程的发展现状和变形机理，介绍了深基坑支护桩的设计和监控实例。 在实施过程中，严格监测位移，并对位移实测值进行了分析，对今后同类工程的设计及施工具有很好的借鉴作用。 关键词：深基坑；支护结构；监控 中图分类号：ＴＵ４７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５７８１（２０１３）０３—０３９１—０３ 随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断 涌现，出现的问题也越来越多，对基坑工程的要求也 越来越高。近几年，深基坑的设计和监控已成为地下 主，但也考虑其他物理监测；在监测方法上以仪器 监测为主，并辅以巡检的方法；在仪器上以机测式 仪器为主，辅以电测式仪器。为保证监测可靠性， 监测系统还应采用多种不同的方法和仪器；应考虑 分别在地表、基坑土体内部及邻近受影响建筑物与 设施布点，以形成具有一定测点覆盖率的监测网的 必要性。 工程施工领域的技术难点和研究热点，如何合理地设 计深基坑的支护和监控方案，做到既经济合理又安全 可靠，已成为目前岩土工程界的重要研究课题 之一［ 一引。 目前深基坑的理论和技术还不成熟，每一种支护 技术及设计方法都是以一定的假设条件为基础。而 实际工程中，地层条件复杂多变，支护机理也并非一 个模式＿４ ］，施工过程又存在许多不确定的因素。所 （３）重点监测关键区原则。由于不同支护方法 的不同部位，其稳定性各不相同，稳定性差的部位容 易失稳塌方，甚至影响邻近建筑物的安全。因此，应 将易出问题的部位，列为关键区进行重点监控，并尽 早实施。例如地质条件差的部位、地下水位浅的部 以仅依靠理论分析和经验估计难以完成经济可靠的 基坑支护与施工，必须在施工的同时，加强现场及周 围环境的监控［ 引。 位、回填土层厚的部位、靠近管线及临近建筑物的部 位易失稳塌方，应列为关键区重点监测。 （４）方便实用原则。为减少监测与施工之间的 １深基坑监控设计原则 （１）可靠性原则。可靠性原则也称为３Ｒ原则， 它包含精度（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、可靠性（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）以及坚 固性（Ｒｕｇｇｅｄｎｅｓｓ）３个方面。可靠性原则是监测系 统设计中所要考虑的最重要原则。为确保其可靠 性，必须采用可靠的仪器，而机测式仪器的可靠性 高于电测式仪器．如果使用电测式仪器，则要求具 有目标系统或与其他机测式仪器互相校核。另外， 应在监测期间内保护好测点，在满足可靠性的基础 上，选择好的测量及数据处理方法，其精度及坚固 性一般可以满足。 （２）多层次监测原则。在监测对象上以位移为 收稿日期：２０１３～１１—３０；修改日期：２０１３—０４—１７ 相互干扰，监测系统的安装和测读应尽量做到方便 实用。 （５）经济合理原则。多数基坑工程是临时工 程，在保证基坑安全的条件下，应尽量选用实用而 造价低的仪器，同时对基坑监测方案进行优化以减 少监测点的点数。在监测过程中，根据工程实际情 况动态调整监测频率以减少监测次数，以达到监测 费用最低。 ２数据处理及分析方法 ２．１原始数据的平滑处理 由于观测误差和其他因素影响，原始数据常具 作者简介：何轶鸥（１９７６一），女，云南昆明人，合肥工业大学硕士生，合肥城建发展股份有限公司工程师； 完海鹰（１９６ｏ一），男，安徽肥东人，博士，合肥工业大学教授． 《工程与建设》２０１３年第２７卷第３期 ３９１ 有局部波动，因此要进行平滑处理，三点移动法是 常用的数据平滑处理方法。假定相邻三点的时间 相应为ｔＨ、ｔ 、ｔ ，观测的数据为ｚＨ、ｚ 、ｚ川，ｚ 的修整值为ｚ 。假定曲线上相邻三点观测数据的 修正值与时间ｔ呈线性关系，根据最小二乘法原理， 则有［。］ ｚ 一ａ＋ｂｔ （１） １ ∑（ 汁 一 ）（五＋女－－２） 其中，ｎ＝＝： ＋ ，６一生三三二Ｌ一丁————一 ∑（“＾－－ｔ） １圭￡ｋ一一１ ， 一 １圭ｚ ，＾＝～１ 一１，２，…， 。 ２．２单变量回归方程预测分析 任何一个单变量的连续函数，总可用Ｔａｙｌｏｒ展 式表示为 ｚ一－厂（￡）一ａ０＋ａｌｔ＋ａ２ｔ ＋…＋ａ ｔ （２） 其中，ｔ为时间；ｚ为观测值；ａ。，ａ ”，ａ为待确定的 常数。根据观测数据序列，用（２）式拟合，建立回归方 程，然后根据建立的方程预测未来的数据值ｍ］。 ２．３稳定性分析 （１）用位移曲线的位移速率角作判断指标＿１ 。 鉴于采用位移和位移速度的绝对值作为基坑边坡破 坏准则比较困难，不确定性显著，采用位移速率角概 念，即０＝ａｒｃｃｔｇ （ｚ为位移值），当 逼近９０。时为 ‘＿ 边坡破坏准则。因此，将观测曲线 一厂（ ）转化为 一，（ ），即在 一厂（￡）曲线上，取若干等间距 ，求 ，并计算出 ，最后做出 一，（￡）曲线。 （２）支护结构及土体失稳的突变理论分析。支 护结构及土体失稳显然是一种非连续突变现象，用突 变理论对监测变形资料进行分析，建立尖点突变预测 模型，根据观测资料判断基坑的稳定性及预测失稳时 间Ｌ１ 。根据公式推导判断支护结构与土体的稳定 性，经计算得系统失稳前后时间差为 Ａｔ一 （一口）｛（４ｂ４）｛ （３） 其中， 与在临界状态时的历时之和，即为预测破坏 时间。 ３计算结果及分析 和颂阁深基坑监控的测点布置＿１。 如图１所示。 随着基坑的开挖，进行了系统的冠梁水平位移观 测。各观测点冠梁水平位移在第１０周期的周期位移 ３９２《工程与建设》２０１３年第２７卷第３期 和累计位移见表１所列。 图１深基坑监控的测点布置图 表１第１Ｏ周期的周期和累计位移 ｍｍ 按施工中的几个阶段对冠梁位移进行分析，可得 出以下初步认识。 （１）冠梁水平位移与土方开挖深度有较大关系， 一般是继续向深度开挖，位移就相应发展，随时间的 增加，位移也相应增加。 （２）靠近基坑边的Ｙ１２测点的水平位移最小 （－－２．０ ｒａｍ），Ｙｌｌ测点水平位移最大（３４．９ ｒａｍ）。 基坑冠梁监测点位移一时间关系曲线，如图２～ 图６所示。 ３５ ２５ 量 １５ ｇ ５ ‘ ０ ２１ ４２ ６３ ８４ １０５ １２６ １４７ 时ｆｉｆｊ／ｄ 图２基坑北侧冠梁监测点位移一时间关系曲线 从图２中可看出Ｙ１、Ｙ２、Ｙ５三点均已超预警 值，各点位移速率均已变缓。 ４５ ３５ 渣 Ｌｌ ２５ １５ ５ ．５ 时间，ｄ 图３基坑东侧冠梁监测点位移一时间关系曲线 从图３中可看出Ｙ１０、Ｙｌｌ二点已超预警值，各 点位移速率均已变缓。 时问，ｄ 圈４基坑西侧冠梁监测点位移一时闻关系曲线 图５基坑南侧冠梁监测点位移一时间关系曲线 ２５ ２０ Ｅ 董ｌ５ 静 毯１０ ５ ０ ２１ ４２ ６３ ８４ １０５ ｌ２６ １４７ 时问，ｄ 图６基坑西、南侧冠梁监测点位移一时间关系曲线 ４结束语 与其他工程相比，深基坑工程技术还很不成熟， 大部分都是靠传统土压力理论和地区性经验进行设 计和施工，其结果不是很安全。本文通过对深基坑变 形机理的论述及工程实例的监测分析，得出以下 结论： （１）围护结构的变形与基础开挖过程中的降水、 挖土、混凝土底板浇筑、地下室结构施工的时段明显 相关。随着开挖工作面及挖深的加大，围护结构的变 形明显增加，而进人底板及地下室结构施工阶段，围 护结构变形速度明显减少。 （２）围护结构的变形速率与结构所在部位有关， 受运输荷载及墙顶堆载的影响。 （３）由于土的蠕变特性，支护结构会随着时间的 延长而逐渐增大变形，即所谓“时间效应”。目前对此 尚无精确计算，支护结构变形的时间效应与较大的非 线性流变特性有关，该特性的深人研究，对深基坑支 护结构的理论计算较有意义。 ［参考文献］ Ｅｌｌ张 煜．土钉支护技术研究与工程实践［Ｄ］．天津：天津大 学，２００６． ［２］孙强．安徽某高层建筑深基坑支护分析与研究ＥＪＪ．工程与建 设，２０１０，２４（２）：２３９—２４１． Ｅ３］黄建军．浅谈基坑工程技术的发展现状［Ｊ］．河南建材，２Ｏｌｌ（１）： １８—１９． ［４］陈峰．基于深基坑工程监测管理探讨［Ｊ］．工程与建设，２０１１， ２５（４）：５２８～５３０． ［５］郭力群．某泵站基坑开挖监测分析ＦＪ］．西部探矿工程，２００５（１）： ３Ｏ一３１． Ｅ６１李志强．深基坑支护施工及监测分析ＥＤ］．成都：西南交通大 学，２００７． Ｅ７５沈保汉．深基坑工程技术讲座（２０）［Ｊ］．建筑技术开发，２０００，２７ （１）：６８—７０． Ｅ８１万明超，张桂芳．深基坑支护施工技术的研究与应用口］．工程与 建设，２０１１，２５（３）：３９１—３９２，３９８． ［９］秦四清，万林海，汤天鹏，等．深基坑工程优化设计ＦＭ］．北京：地 震出版社，１９９８． ＥｌＯｌ敖晓专．基坑监控技术在地铁车站工程施工中的应用Ｉ－Ｄ］．广 州：华南理工大学，２００７． ［１ １］林文警．基坑工程监控技术在复合土钉支护结构中的应用研究 ＥＤ］．广州：华南理工大学，２００４． ［－１２］刘善国，殷友东，彭新宣．基坑支护结构破坏原因综述及实例分 析ＥＪ］．化工矿产地质，２００１，２３（３）：１８１—１８４． Ｅ１３１张友春．近海特大深基坑支护设计与施工方法研究［ ．西安： 长安大学，２０１０． 《工程与建设》２０１３年第２７卷第３期 ３９３
