大型深基坑施工内控集约化监测点布设研究
0 引言
深大基坑安全性控制一直是基坑工程施工的重点工作内容。现阶段,大型深基坑工程施工过程中,基坑监测除常规第三方监测外,针对重点基坑工程、特殊基坑工程、复杂地质条件基坑工程,工程总承包方在第三方监测外,也开始设置少量的项目施工监测内控点,实现了减少监测点布设的同时不降低对基坑安全的监控,从而实现了集约化监测的效果。集约化监测多采用人工监测,但已有工程开始实施智能化自动采集监测。此类监测区别于常规第三方监测,其监测点布设更具有内控的目的性、针对性、集约性,即此类监测往往采用尽量少的监测点与成本投入,希望更好地反映整个基坑以及重点监控项的变化规律。
本文依托两个不同类型重点基坑项目的监测数据分析,对深基坑工程施工内控集约化监测点布设进行研究,希望能对一些大型基坑项目的施工内控集约化监测提供经验借鉴。
鉴于文章篇幅,本文对基坑外围土体水平位移与沉降、竖向支护体系水平位移与深层测斜、竖向支护体系内力、水平支撑内力等主要监测项进行集约化监测点布设规律研究。
1 工程概况
本文以我司设计施工或总承包施工的武汉地区天悦星晨、凯德广场基坑工程为依托,统计并分析监测数据,研究集约化监测点布设规律。
天悦星晨深基坑工程开挖面积约8 714m
凯德广场基坑工程开挖深度为14.4~17.1m,开挖面积65 000m
2 外围土体水平位移与沉降集约化监测点布设研究
基坑开挖至坑底时,不同基坑区段的外围土体水平位移与沉降的最终监测曲线如图3~6所示,曲线选取了坑外一定距离内的监测点数据,分析上述曲线可以得出以下规律。
1)外围土体沉降随着与基坑距离的增大,沉降先增大后减小,沉降最大点不在基坑侧壁处,而在基坑外一定距离处,在上述两基坑中,都在约5~25m范围,且沉降量大的基坑区段,其沉降最大点离基坑的距离也较远。
2)外围土体水平位移随着与基坑距离的增大不断减小,位移最大点为基坑侧壁。
3)支护薄弱段、基坑长边的边桁架跨中、基坑阳角、悬臂非强撑等部位的位移与沉降,明显大于角撑及对顶撑等强撑区段。
4)通过上述两项监测及数据规律分析,对于外围土体沉降的施工内控监测点,集约化布设为在距离基坑一定距离附近加强监测密度,在基坑侧壁及离基坑较远处可适当降低监测密度;对于外围土体水平位移,则尽量靠近基坑侧壁;对于布设区段,尽量加强对基坑长边的边桁架跨中、阳角、悬臂的监测密度,对于非强撑区段,可适当减少角撑、对顶撑等区段的监测点布设。
3 竖向支护深层水平位移集约化监测点布设研究
基坑开挖至坑底时,不同基坑区段的地下连续墙与支护桩竖向支护体系的测斜监测曲线如图7,8所示,分析上述曲线可以得出以下规律。
1)基坑竖向支护体系的深层测斜位移,在有内支撑区段,最大位移在顶端以下一定距离,而非在顶端,如天悦星晨所有区段监测曲线和凯德广场角撑区段;而凯德广场的无内支撑悬臂区段,支护最大位移在顶端。
2)天悦星晨基坑开挖深度22.5m,竖向支护有位移区段为37m以上;凯德广场基坑开挖深度14.4~17.1m,竖向支护有位移区段为25m以上。并非全竖向支护都存在水平位移。
3)从上述两项目基坑测斜曲线可以看出测斜位移大小如下:(1)天悦基坑阳角区段>基坑侧边跨中>基坑侧边跨中对顶撑区段>转角角撑区段;(2)凯德基坑角撑区段>角撑与悬臂双排桩过渡区段>悬臂桩区段。
4)通过上述分析,作为项目内控监测点,对于竖向支护测斜,集约化的监测点布设为:测点趋向于布设于基坑侧边跨中、悬臂段、阳角等位置,减少角撑区域布设;可根据前期设计计算提高测斜最底部埋设位置,未必一定要全桩布设测斜管,应加密开挖深度全段及开挖面以下一定深度内测点密度,减小零应力与位移段测点密度。
4 竖向支护体系内力集约化监测点布设研究
通过埋设于地下连续墙与支护桩钢筋笼中的应力计监测竖向支护内力,其中受压为负、受拉为正。常规竖向支护,会在同一截面内外两侧对称埋设钢筋计,本次为便于对比,统一选择基坑外侧面进行统计分析,监测结果如图9,10所示。通过分析上述曲线,可以得出以下结论。
1)竖向支护体系在基坑开挖的上部段,总体为外侧面受拉,内侧面受压;开挖面以下总体为内侧受压,外侧收拉;竖向支护最底部区段,存在较长段的非受力段。
2)从上述两项目基坑内力监测曲线可以看出测斜位移:(1)天悦基坑阳角区段>基坑侧边跨中>基坑侧边跨中对顶撑区段>转角角撑区段;(2)凯德基坑角撑区段>角撑与悬臂双排桩过渡区段>留土悬臂桩区段。
3)通过上述分析,作为项目内控监测点,对于竖向支护内力监测,集约化的监测点布设为:测点趋向于布设于基坑侧边的边桁架跨中、悬臂段、阳角等位置,减少角撑区域布设;可根据前期设计计算提高测斜最底部埋设位置,未必一定要全桩布设钢筋计,可加密开挖面以上、开挖面上下的布设密度,减小支护底部布设密度。
5 水平支撑内力集约化监测点布设研究
因凯德广场基坑工程为中心岛法设计施工,除角撑外,为悬臂双排桩留土,内支撑较少,所以内支撑集约化布设研究以天悦星晨基坑工程为例,并取第1道内支撑不同位置支撑轴力进行统计研究,如图11所示。
通过分析图11可以得出以下结论。
1)第1道内支撑轴力变化主要集中于第1道支撑至第2道支撑间的土方开挖期间,后期有波动,但整体幅度不大。
2)支撑轴力整体为:基坑阳角处角撑>对顶撑>转角角撑>中部对顶撑处角撑>边桁架>连杆。
3)作为项目内控监测点,对于水平支撑内力监测,集约化的监测点布设为:测点趋向于布设于基坑角撑、特别是存在阳角与异型部位的角撑,其次为跨中对顶撑。
6 结语
本文结合2个特色的深大基坑项目,分类统计其监测数据,分析对比监测曲线规律,得出如下的一些简单结论,为大型基坑工程施工安全管控中集约化的内控监测点布设提供经验借鉴。
1)外围土体沉降内控监测点,可在距离基坑一定距离处加强布设,而在基坑侧壁及离基坑较远处可考虑减少监测密度;对于外围土水平位移内控监测点,则尽量靠近基坑侧壁布设。
2)因竖向支护底部存在较长区段的零位移与零内力区段,竖向支护深层位移监测、内力监测可根据前期设计计算加强对变形较大范围内的监测密度,可考虑不在深度范围内布设监测点,应加密开挖范围及开挖面以下一定深度内测点密度,减小底部零应力与零位移段测点密度。
3)坑外土体测斜与沉降、竖向支护测斜与内力,应加强对基坑长边的边桁架跨中、阳角、悬臂非强撑等区段布控监测,减小角撑、对顶撑等区段的监测点布设密度。
4)对于水平支撑内力监测,集约化的监测点布设为:测点趋向于布设于基坑角撑、特别是存在阳角与异型部位的角撑,其次为跨中对顶撑。
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