基于多监测指标的深基坑开挖支护安全性分析

基于多监测指标的深基坑开挖支护安全性分析

薛永军

江苏省建苑岩土工程勘测有限公司苏州分公司  江苏省 苏州市  215129

摘 要：以苏州市某基坑工程开挖支护为例，介绍了场地的地质条件和采用的支护形式。拟建场地内30m以浅分布的地层为苏州市具有代表性的标准地层，其中粉土、粉砂层为影响基坑开挖的主要含水层，粘土、粉质粘土夹粉土层为较好的地下水隔水层。基坑开挖支护形式根据不同区域开挖深度不同，分别采用放坡+拉森钢板桩、SMW工法桩+一道钢筋混凝土内支撑的形式。基于多监测指标的分析，随着基坑开挖深度增加，各监测数据累计值增大，但均在允许范围内，地下二层区域桩撑支护结构优势明显，能够较好的兼顾安全性和可操作性，减少工期、降低成本。

关键词：基坑监测；深基坑；开挖支护；安全；分析

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1 概述

随着城市化建设的不断深入，高层、超高层建筑不断发展，基坑规模也向深度深、面积大发展，深基坑施工已成为重大的危险源工程[1]。由于这类建筑大多位于城市核心区域，周边环境复杂，施工空间狭小，对安全要求更高。如何保证基坑开挖安全的前提下，又充分兼顾可操作性和对施工隐患的有效预警，以达到减少工期、降低成本的目的，成为工程建设实践过程中重要的环节。

我国在深基坑支护设计及监测积累了丰富的经验，邹建祥[2]等对复杂条件下深基坑开挖监测进行分析研究，提出基坑开挖对周围土体的影响范围为开挖深度的2倍以上，采用分期开挖方式能有效控制深层土体水平位移和周边建筑物沉降；任林华[3]对上海地区的典型地层类型和常规基坑围护形式进行讨论，分析不同地质条件下基础变形规律以反向优化监测方案；孙建超[4]对地质条件复杂、富含软弱土层、地下水位不稳定等复杂地质条件下，地铁车站深大基坑施工监测的数据分析方法、数据突变的处理方法和保障措施进行了深入研究，为解决上述问题提供了思路。

本文以苏州市某基坑工程开挖支护为例，介绍了场地的地质条件和采用的支护形式。通过对多监测指标进行分析，随着基坑开挖深度增加，各监测数据累计值增大，但均在允许范围内，地下二层区域桩撑支护结构优势明显，能够较好的兼顾安全性和可操作性，减少工期、降低成本，为类似项目提供参考。

2 工程实例

2.1 工程概况

拟建基坑位于苏州市姑苏区，广济北路东侧，平海路南侧，已建成使用的苏大附一院平江院区门诊楼北侧地块。该基坑西侧为地下两层，东侧为地下一层。本工程基坑东西方向边长约183m，南北方向边长约33m，基坑围护边线周长约430m，基坑开挖面积约4965㎡，地下一层区域基坑开挖深度为4.25m~5.40m，地下二层区域基坑开挖10.15~11.00m。

2.2 周边环境

2.2.1基坑东侧

基坑坡顶线以东为空地。距基坑坡顶线约2m处，分布有南北走向10KV高压电力管线和砖砌窨井，深约4m；距基坑坡顶线约7m处，分布有南北走向10KV高压电力管线和砖砌窨井，深约4m；距基坑坡顶线约12m处，分布有南北走向电信市政管线，埋深约1.2m；空地以外为医院机动车出口。

2.2.2基坑南侧

基坑坡顶线以南为锦莲河与驳岸，驳岸为浆砌块石结构+大理石贴面；东侧地下一层区域坡顶线距河道约12.8m，西侧地下二层区域坡顶线距河道约16.5m；南侧偏西处为内部道路与过河小桥，道路下敷设有热力管线和电力管线，管线距离基坑约2m。

2.2.3基坑西侧

基坑坡顶线以西为空地，规划为项目办公区。空地以西为已建一层燃气调压箱、污水处理站、锅炉房，距离基坑坡顶线约32.5m。

2.2.4基坑北侧

基坑坡顶线距用地红线约1.5m。用地红线以北为平海路，分布有埋深约1m的电力、给水管线，埋深约1m的路灯管线。红线距离电力管线约1m，红线距给水管线约5m，红线距离路灯管线约8m；用地红线以南分布有给水管线和水表阀井，给水管线和消防管线，管径300mm，埋深1m，该管线在基坑施工前移除；水表阀井为砖砌地下窨井，深约4m，该阀门井不能移除，钢板桩紧贴阀门井。

2.3地质条件

2.3.1 工程地质条件

根据前人工作研究成果，苏州地区100m以浅地层属于冲湖积相、海陆交互相的沉积土层，主要以粘土、粉质粘土、粉土、粉砂为主。拟建场地位于苏州西部平原区，根据岩土工程勘察报告，场地内30m以浅分布的地层为苏州市具有代表性的标准地层，见表2.3.1。

地层特征一览表

表2.3.1

2.3.2 水文地质条件

根据勘察揭露，场地内地下水主要有2层，即孔隙潜水和微承压水。

潜水主要赋存于第①层素填土中，勘察期间测得该场地初见水位埋深为2.20m～2.40m，初见水位的标高为-0.04m~0.57m；稳定水位埋深为0.90m~1.40m，稳定水位的标高为0.97m~1.47m。孔隙潜水主要以地表水及大气降水补给为主，以蒸发和侧向径流向河湖排泄。

微承压水赋存于④-1层粉土、④-2层粉砂中，通过在BJ3、BJ7下套管隔水测得该水位埋深分别为3.04m、3.20m，相应微承压水水位标高0.14～0.30m。

根据苏州市区域水文地质勘察资料，孔隙潜水历史最高水位为2.63m，历史最低水位为-0.21m，年变化幅度1.0～2.0m左右。微承压水历史最高水位为1.74m，近3～5年最高水位1.60m。地下水年变幅约为0.80m。

2.4 基坑支护设计

2.4.1基坑支护结构设计

本基坑一层地下室区域采用拉森钢板桩、自然放坡的围护形式；二层地下室区域采用SMW工法桩+一道钢筋混凝土内支撑的支护形式，支撑系统采用对撑加角撑和边桁架的支撑体系，并采用钢立柱下加钻孔灌注桩作为水平支撑系统的竖向支撑结构体系。图2.4.1为典型支护剖面。

说明：地下二层区北侧，场外自然地面标高-0.5m，坑底标高-11m，挖深10.5m，采用SMW工法桩，有效深度24m，桩顶标高-2.5m，坡顶采用一级放坡，放坡比例1:1。

图2.4.1 3-3支护剖面简图

2.4.2 降排水设计

基坑坑内采用管井降压降水+明沟集水井的排水方式。共布置管井20口。其中降水井16口，回灌井4口。

2.5 基坑工程监测

2.5.1 基坑监测目的

（1）根据监测结果，判断基坑在各施工阶段的安全性，发现可能发生危险的先兆，防止工程破坏事故的发生。

（2）及时采取必要的工程措施，消除在施工过程中可能出现的隐患，以确保围护结构和临近建筑及地下管道的安全。

（3）以基坑监测的结果指导现场施工，进行信息化反馈优化设计，使设计达到优质、安全、经济合理、施工快捷。

（4）为设计人员提供准确的现场监测结果使之与理论预测值相比较，用反分析法求得更准确的设计参数，修正理论公式，不断地修改和完善原有的设计方案，以指导下阶段的施工，确保地下施工的安全顺利进行，同时也能为其它工程的设计施工提供参考。

2.5.2 基坑监测项目

根据本基坑周边环境和开挖深度，基坑开挖影响范围内的周围建筑、基坑支护结构本身、及降水引起的环境变化，是本工程考虑的监测保护对象，具体监测项目见图2.5.2、表2.5.2。

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图2.5.2 监测点平面布置简图

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监测项目一览表

表2.5.2

2.5.3 基坑监测项目报警值

根据开挖位置不同，浅挖区域（地下一层）、深挖区域（地下二层），以及周边环境设置不同的报警值。

（1）浅挖区域报警值

浅挖区域报警值表

表2.5.4-1

（2）深挖区域报警值

深挖区域报警值表

表2.5.4-2

（3）周边环境报警值

周边环境报警值表

表2.5.4-3

2.5.4 监测结果

各监测项目数据及结果见表2.5.5。

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监测结果表（截至基坑回填）

表2.5.5

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2.5.5 监测结论

在围护结构施工、基坑土方开挖、基础底板施工和地下结构施工等整个过程中，现场管理部门深入管理，各参建单位之间密切协作，工程的围护设计方案和各基坑专项施工方案整体可行，基本满足控制基坑自身安全和周边环境安全的要求，基坑自身变形和周边环境变形基本在可控范围之内。

3 结语

（1）根据前人工作研究成果，苏州地区100m以浅地层属于冲湖积相、海陆交互相的沉积土层，主要以粘土、粉质粘土、粉土、粉砂为主。拟建场地位于苏州西部平原区，根据岩土工程勘察报告，场地内30m以浅分布的地层为苏州市具有代表性的标准地层，其中粉土、粉砂层为影响基坑开挖的主要含水层，粘土、粉质粘土夹粉土层为较好的地下水隔水层。

（2）基坑开挖支护形式根据不同区域开挖深度不同，分别采用放坡+拉森钢板桩、SMW工法桩+一道钢筋混凝土内支撑的形式，地下二层区域桩撑支护结构优势明显，能够较好的兼顾安全性和可操作性，减少工期、降低成本。

（3）基于多监测指标的分析，随着基坑开挖深度增加，各监测数据累计值增大，工程的围护设计方案和各基坑专项施工方案整体可行，基本满足控制基坑自身安全和周边环境安全的要求，基坑自身变形和周边环境变形基本在可控范围之内。

参 考 文 献

[1] 谭永华，张桂龙. 海上花苑深基坑现场监测数据分析[J].地下水,2018,44(06):83-92

[2] 邹建祥，张中华，李金贺，等. 复杂环境深基坑施工土体变形监测与分析卢晓[J].建筑结构,2022,52(S2):2274-2278.

[3] 任华林. 上海典型地质区基坑监测方案优化分析[J].工程技术研究,2022,7(10):24-28.

[4] 孙建超. 复杂地质条件下地铁车站深大基坑施工监测技术[J].价值工程,2022,41(28):53-55.

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