深基坑工程有着极为广泛的技术领域，其研究内容也错综复杂^[1,2]。随着信息技术与开挖设备的迅猛发展，基坑开挖向大和深的方向发展。高层房屋和地下车库等在建设过程中，要求其所开挖的深基坑对周围建筑和道路的影响宜较小，因此很有必要对深基坑开挖过程进行实时监控并分析监测数据，同时，将分析结论反馈于工程开挖，以便采取有效控制措施保障深基坑开挖工程安全顺利的进行^[3,4,5]。本文以长沙市某深基坑工程为实例，结合现场监测数据分析了坑顶水平位移、建筑物沉降位移、深层侧向位移、地下水位和锚索内力，探讨了各监测项目的变形规律。

　　 深基坑工程(图1)处于湖南省长沙市银盆岭大桥西面，东邻滨江小区，西邻岳北路，南邻岳麓大道。场地拟建商品小区和宾馆，小区设计1层地下室，宾馆设计3层地下室，基础均选用混凝土桩基础。深基坑最底层设计标高为38.00m，宾馆地下室最低高程为30.20m，小区地下室最低高程为28.70m，地下室底板厚度为1.50m。参照拟挖基坑周围建筑物高程数据，计算得到该深基坑的开挖深度处于4.00～19.90m区间。表1为基坑开挖区域各土层的特征参数。

　　 为确保开挖场地周围建筑及道路的使用安全，在施工过程设立支护结构并全程进行基坑监测。基坑支护设计平面图如图1所示。支护设计方案如下:1)AB段:土石开挖较浅，土质较好，场地能放坡，选取土钉支护形式，支护剖面以1-1剖面为设计案例，见图2。2)BCD段:开挖较浅，土质结构较好，具备放坡空间，设计选取土钉支护，支护剖面以2-2剖面为设计案例，见图3。3)DE段:由于土石开挖较深，距离重要枢纽及建筑物近，且无放坡空间，选取桩锚支护，支护剖面以3-3剖面为设计案例，见图4。4)EF段:土石开挖较深(19.9m)，且场地不可放坡，设计选取桩锚支护形式以保证深基坑地安全开挖，支护剖面以4-4剖面为设计案例，见图5。5)FG段:土石开挖较深，无放坡空间且紧邻城市道路，选取桩锚支护形式，支护剖面以5-5剖面为设计案例，见图6。6)GHI段:土石开挖较深，场地不可放坡且紧邻交通道路，设计选取桩锚支护，支护剖面以6-6剖面为设计案例，见图7。7)AI段:土石开挖较深，不可放坡且距商品小区近，选取桩锚进行支护，支护剖面以7-7剖面为设计案例，见图8。

　　 图2 基坑支护AB段1-1剖面图

　　  

　　 图3 基坑支护BCD段2-2剖面图

　　  

　　 图4 基坑支护DE段3-3剖面图

 

　　 为保证在施工过程中基坑周围建筑物和道路的结构安全与使用稳定，对开挖范围内AB,BCD,DE,EF,FG,GHI和AI 7段区域进行监测。监测内容包含坑顶水平位移、建筑物沉降、深层侧向位移、地下水位和锚索内力。设置13个建筑物沉降监测点于墙脚处(H1～H3);在基坑周围顶部沿线处布设26个监测点，其中有8个水平位移监测点(ZHD1～ZHD8),5个地下水位监测点(W1～W5),5个深层侧向位移监测点(CX1～CX5),8个锚杆内力监测点(M1～M8)。深基坑工程监测点的布设如图1所示。

　　 深基坑工程开挖工作从2014年8月1日开始，2014年8月5日进行开挖监测，直至2015年3月6日停止。2014年8月5日对深基坑监测项目进行了初值测量，坑顶水平位移和建筑物沉降位移均为0mm。基坑开挖工序的具体内容如下:1)工程于8月24日开挖到-2.0m处，布设面板和锚杆，8月29日安装和固定槽钢，同时对锚杆施加预应力;2)施加锚杆预应力后，继续往下开挖，至9月4日，开挖至-4.5m处，浇筑面板及锚杆施工，9月10日安装和固定槽钢，并对锚杆增添预应力;3)预应力施加完毕之后，开挖土体至-7.0m位置处，9月14日开始进行面板浇筑和土钉施工;4)9月21日，土体开挖至-8.5m位置处，进行面板和土钉的施工;5)9月27日，土体开挖至-12.0m位置处，进行面板和土钉的施工;6)10月4日，基坑施工到-14.5m处，进行面板和土钉施工;7)10月13日，土体开挖至-17.0m位置处，施工面板和土钉;8)10月20日，基坑开挖至-19.9m处，进行面板和排水沟施工，紧接着进行垫层和底板混凝土的浇筑。整个基坑开挖过程对其进行实时监测，直至底板混凝土浇筑竣工。

　　 图7 基坑支护GHI段6-6剖面图

　　 基坑坑顶水平位移变化曲线如图9所示，从图9可知，基坑开挖过程中坑顶变形逐渐增大，然后渐于稳定，说明桩锚支护与土钉支护两种支护结构对基坑坑顶水平位移的控制有良好的效果。监测点ZHD3的水平位移累积量为28.7mm，监测点ZHD2为28.5mm，监测点ZHD7为27.8mm。鉴于施工现场环境状况，监测点ZHD3的水平位移累积量大于其他监测点的主要原因是由于受到周边建筑物等外部荷载的影响。相对于监测点ZHD3，监测点ZHD6与ZHD8的水平位移累积量较小，离周围建筑物最远的监测点ZHD4的水平位移累积量最小。从图9(b)看出，位于AI段(锚杆支护区域段)的水平位移监测点ZHD5,ZHD6,ZHD7和ZHD8在开挖第40d(9月11日)出现反向(偏向基坑外方向)移动，这是因为向锚杆强加预应力后支护结构周围的土体逐步被回压。随着基坑继续开挖，由于锚杆预应力对水平位移控制的减弱，监测点继续呈偏向基坑内移动趋势。支护锚杆预应力对土体的超前作用使基坑开挖过程中该段区域的水平位移变化量处在30mm以内。而位于AB段(土钉支护区域段)的水平位移监测点ZHD1,ZHD2和ZHD3由于没有预应力的控制作用，则没有出现反向移动现象。这表明基坑坑顶水平位移的变化量不仅与周边建筑物的距离和密集度有关，还与基坑支护结构形式有着密切联系，桩锚支护结构比土钉支护结构的控制效应好。

　　 建筑物竖向位移变化曲线如图10所示。图10中，基坑周围建筑物沉降位移曲线在开挖60d之前变化平缓，表明开挖初期的桩基施工对基坑周边建筑物沉降影响很小;60～145d时间段，曲线变化大并呈连续降低的趋势，表明该段期间土石开挖的速度过快，基坑周围地表变形也较大，导致建筑物下沉速度加快，在此期间及时反馈于施工且放慢了施工进程，同时通过张拉锚杆来弥补预应力的损失;基坑开挖后期，随着垫层和底板浇筑的竣工，支护结构稳定性得到了提高，变化曲线趋于水平，建筑物下沉量也随之稳定。总体上看，位于AI段(桩锚支护区域段)的沉降监测点较AB段(土钉支护区域段)的沉降监测点测得的建筑沉降量小，说明在深基坑开挖途中，桩锚支护在控制基坑周围建筑物的沉降充当了重要角色。

　　 图11(a)为深层侧向位移监测点CX1在开挖过程中的位移变化。从图11(a)发现，侧向位移量随着基坑的开挖呈增大趋势，深层侧向位移开挖前期变化迅速，后期较为缓慢。受支撑结构、土质结构、开挖深度及外部荷载等因素的影响，基坑周围土体中、上部区域的横向变形较大，底部区域变形小。

　　 在图11(b)中，监测点CX1的坑顶侧向累积位移最大，达到15.2mm，土体最大深层侧向累积位移出现于埋深8.5m位置处，达到17.1mm。深层侧向位移变化曲线表明:整个开挖过程对基坑中、上部区域土体的侧向位移影响大，对坑底区域的扰动影响小。最大侧向位移出现于8.0m附近，近似为桩总长的1/3。

　　 基坑开挖全过程共监测了52次地下水位，耗时3个月。图12为水位随时间的变化情况。从图12中得出，在整个开挖阶段，监测点W1,W2,W3与W4的水位值变动较小，处于-500～2 000mm范围内，W5的水位变化幅度较大，位于0～4 200mm范围内。基坑在整个施工开挖过程，须采用信息施工法进行施工及设定监测预警系统，当监测数据显示已触及报警值应及时向业主和施工方说明情况并采取相应措施^[6,7,8,9]。结合本研究案例工程的地下水位报警值的设计标准，其监测值没有触及报警值。

　　 鉴于图13，布设锚杆后，随着工程的施工及锚杆下方区域的土体被挖除，锚杆预应力表现为上升趋势;当基坑开挖至底层混凝土浇筑完成后，锚杆预应力值变化较为平稳。深基坑开挖全过程的锚杆内力数据统计于表2。

　　 结合施工现场环境及监测数据，本工程监测圆满完成了整个基坑的开挖监测工作，其分析结果很好地指导了开挖施工并确保了基坑周围建筑物及道路的结构安全与使用稳定;与此同时，在基坑的设计和施工等方面也及时做出了信息反馈。

　　 (1)随着深基坑开挖工作的逐渐深入，周围建筑物的下沉量也逐渐增大，最终趋于稳定。采用张拉锚杆的方式来加强预应力对土体的回压控制作用，能减小和控制建筑物的沉降位移。

　　 (2)深基坑开挖施工中，基坑周围土体中、上部的侧向位移变形大，底部变形小，最大的横向位移出现于约支护桩长的1/3处。

　　 (3)深基坑坑顶水平位移不仅与基坑周边建筑物的距离和密集程度有关，还跟围护结构形式有着密切联系;预应力锚杆在深基坑支护中充当了重要角色，其支护形式对基坑变形的控制有着显著效果。

　　 (4)所研究的深基坑工程所在区域的地下水丰富，浮动较大;以后在长沙滨江等地下水丰富地区的深基坑开挖工程研究中应重点考虑地下水的影响。

　　 (5)土钉支护和锚杆支护两种支护形式均可被选取于长沙地区的基坑开挖工程。