摘要：在城市地区进行基坑支护工程施工，如何控制支护和周围地层的变形是设计和施工中的难点，支护和地层的变形问题要比其稳定性更为关键。本文详细地探讨了基坑支护变形情况，提出其变形特点，提出支护变形监测要点，同时结合实例验证监测与理论变形的吻合。
关键词：深基坑；变形监测；基坑支护
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
基坑支护变形
支护与地层发生变形的原出是多方面的，主要是由于开挖造成的土体应力释放与重新调整。基坑开挖造成卸载并使土体向坑内移动。一般情况下，水平方向的应力释放与调整是构成地层位移的主要原因，所以基坑的侧壁必须加以支护。但在饱和深层软弱土中，基坑隆起同样不容忽视，坑底隆起原因：一方面是由于竖向卸荷；另一方面是由于坑壁外侧的土体在自重和地表超载的作用下从底部向坑内方向移动。对于深基坑，地表沉降的大小与抗隆起稳定性验算的安全程度直接相关。基坑开挖前期的地下连续墙或灌注桩施工，也会造成地层位移，并相应造成地表沉降。国内有关资料介绍地下连续墙施工引起的变形,可占基坑施工总变形的30％，至于墙体成槽或桩体挖孔不当引起地面严重坍陷的事例也不少见。
支护结构变形特点
桩、墙围护结构以及撑、锚等支承构件都会发生变形，增加这些构件的刚度有利于降低地层位移，但对其作用也不宜估计过高。通过研究表明，采用有限元方法分析围护结构和支承件的刚度对基坑最大水平位移的影响。算例为中等密实黏土中的基坑，挖深9.2m，土体抗剪强度随深度增加从顶部的24kPa到13.7m深处的67kPa，采用四道锚杆)，比较了两种墙体，刚度EI分别为400 kN·m和50 kN·m，相当于60cm厚地下连续墙和PZ27钢板桩；计算结果表明墙体刚度相差8倍，而二者最大水平位移之比例为1:0.6。另外，又比较了两种锚杆，其刚度半相差10倍，此时，同一墙体最大位移之比也为1:0.6。我们也曾用P1axis有限元程序计算80 cm和45cm厚两种地下连续墙，二者抗弯刚度之比为5.6:1，而墙体最大位移之比则为1.37:1，又计算了直径ø600和ø800两种护壁桩，其抗弯刚度之比为2.4:1，面墙体最大位移之比则为1.32:1。所以，采用其他措施来减少支护变形，要比增加墙厚更为经济和有效。
基坑侧墙位移与附近地表沉降的变形特征与不同的土体类别和支护形式有关，而其大小更受多种因素影响，如支承(横撑或锚杆等)的间距与刚度，第一道支承点的位置，横撑或锚杆的预加应力值，墙体的刚度和整体性，基坑的形状与深度，下卧层坚硬土层的埋深，地下水位置及其变化，特别是施工开挖与支护的工序、进程及施工质量。所以，单纯依靠力学分析的计算不可能准确估计变形大小。
对于深基坑中所采用内支撑桩、墙支护的变形特征如下，在开挖设置第一道支撑以前，墙体犹如插入土中的竖向悬臂受弯构件，最大的水平位移发生在顶部。在设置第一道支撑并施加预应力后，顶部位移部分恢复或当顶应力值较大时反向往坑外移动。在继续往下开挖并支撑的过程中，顶部位移仍会有所变化，但最大水平位移一般并不发生在顶部而是在下部。对于一般的柱列式灌注桩挡墙或地下连续墙，墙体的截面较大而且插入基底较深，在正确设计的条件下不易下沉，因此，墙顶处地面的沉降也很小，地表最大沉降发生在离基坑壁一定距离远处。
支护变形监测
从各种基坑工程事故的分析中．我们可以得出这样一个结论，那就是任何一起基坑工程事故，无一例外地与监测工作不力直接有关。如果基坑工程的环境监测与险情预报及时而准确，就可以防止基坑重大事故的发生，或者说，可以将事故所造成的损失减少到最小，因此，深基坑施工过程中的现场监测与信息化施工是基坑工程中不可缺少的组成部分。监测的内容除检查基坑渗漏、周围地表超载、地表开裂以及观察气温、降雨等气象变化并及时采取相应对策外，主要是指对下列项目的连续量测。 （1）基坑周围的地层位移（地面沉降、水平位移与坑底隆起等）；（2）支护结构（包括支撑立柱）的水平垂直位移。（3）地下水位变化，以及周围已有建筑物和地面、地下工程设施的变形（水平位移与沉降、倾斜）及其工作状态变化。为了做好真实的现场观测，在施工以前，必须设置好观测点和水准基点及变形观察点，并对这些周边建筑物和设施的现状作仔细的勘查和记录。
3.1监测点设置
精密水准仪和精密经纬仪是必备的观测仪器，可用来测量基坑围护结构的竖向和水平位移并据此算出地表或建筑物的倾斜度。地面沉降或基坑侧墙的水平变位也可用设置钻孔的方法将深处的孔底作为不动点。然后将测杆或钢筋同定在不动点上，与一般收敛计的用法相同；不动点的位置必须足够深，否则测得的就不只是位移的全部。
用经纬仪一般只能测出坑壁顶部的水平位移，对于多道支承的基坑同护结构来说，顶部水平位移值往往较小而且变化不大，而墙体的最大水平位移发生在下部，所以，重要的工程应该采用测斜仪来量测支护的水平位移，测斜管一般置于墙体背侧，有时就置于墙体混凝土之中，但后者不能获得墙体施工（挖孔或成槽）过程中引起的位移。利用固定经纬仪的办法可以测量墙体顶部与下部之间的位移差，并据此估计下部墙体的水平位移，问题在于开挖到下部墙体时，该处墙身已经发生了变形，所以只能获得位移的发展信息而得不到其绝对值。基坑围护墙体顶部的竖向沉降也往往很小，地表最大沉降的位置要离开墙顶一段距离，对多道撑锚的基坑来说，单纯依靠坑壁顶部位移的测量很有可能发现不了什么问题。
为获得可靠数据，必须牢固设置测点，正确选定测点和基准点的位置以及注意温度变化等环境影响。根据工程的重要性和被保护的周边建筑设施的安全要求，应事先对量测的项目提出警戒值与控制值。
实例分析
某大酒店宾馆部分设三层地下室，基坑开挖深度约14．3m，地下空平面尺寸最大边长约162m，最小边长达98m，其形状接近梯形，基坑平面面积约17700 m2。工程开挖影响范围的土层以粉土和淤泥质土为主，施工过程中对地下连续墙的侧向位移、墙身应力、墙背水土压力及基坑周围地表沉降等进行监测。
实测最大侧向变形约15cm，逆作施工从正负0.000标高至地下一层楼板施工结束后，实测地下连续墙的最大侧向变形约8cm，其位置在桩顶；地下二层楼板施工结束后，实测地下连续墙的最大侧向变形约10.6cm；全部地下室施工结束后，地下连续墙的最大侧向变形发展到15cm，其最大变形处的竖向位置在地表以下12.5m处。从实测水压力的变化情况表明，随着基坑开挖深度的不断增加，作用于地下连续墙全深度的水压力不断减小，且均小于静止水压力。由此可见，在按水土分其原则计算土压力时，水压力计算必须考虑基坑渗流作用的影响，如果在主动土压力计算时不考虑渗流作用而直接采用静水压力，则计算结果则大大超过实测值。从实测地下连续墙墙身弯矩分布及发展表明，地下一层施工结束后，作用于地下连续墙上的弯矩基本为负值，墙身以迎土面受拉为主；随着开挖的进行，墙身中间部位的弯矩由负转正并不断发展，最大弯矩位于相应工况的坑底附近，基础底板基本施工结束后，墙身最大弯矩达到2300 kN·m／m左右，迎坑面的钢筋拉应力达到245MPa。
以上结果与地下连续墙的侧向变形分布及发展是一致的，结合变形曲线发现，地下一层施工结束后，内于悬臂开挖阶段产生了较大的变形，因而变形曲线形状仍由悬臂阶段控制，顶部大下部小，相应墙身应力也基本为墙背受拉；随着深层变形的发展，墙背拉应力逐渐减小、迎坑面一侧拉应力不断增加，这表明作用于墙身的正弯矩不断发展。
结语
基坑支护变形监测是及时指导正确施工、避免事故发展的必要措施。通过采用各类仪器设备对土体和支护结构的位移、倾斜、沉降、基底隆起等进行综合监测，可对施工过程中可能出现的险情进行及时地预报和超前排除。所以说，现场监测与信息化施工是深基坑施工的必要手段。
参考文献：
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