上海市建筑科学研究院有限公司 上海 200335
摘要：针对上海某建设项目18.35m深基坑工程，采用测斜仪对围护桩的水平位移进行现场实时观测，研究桩体受力特点及变形规律；同时采用频率仪对砼支撑轴力进行现场实时观测，研究砼支撑受力情况。结果表明：水平位移与支撑轴力之间的数据关系是相吻合的，孔口水平位移向坑外偏移时，支撑呈现出受拉的状态，反之亦然。地下结构施工期间墙体位移趋势不十分明显，墙体变形随时间推移而速率逐渐减小，日变化曲线基本呈重合状态。
关键词：深基坑；围护桩；测斜；轴力
目前，随着现代社会的快速发展，越来越多的高楼拔地而起，楼层越高，则表示着开挖的深度会越深，所以基坑的开挖难度也越大，对基坑围护体系的布置要求也越高，而围护桩的设计与施工又是整个深基坑建设中的关键环节，为保证基坑开挖的安全与稳定，确保工程顺利进行，按照基坑监测技术规范相关要求及工程实际情况，需要对基坑围护桩的变形进行实时监测，当出现异常情况时应及时反馈给施工单位及业主，并针对性的采取应急措施，必要时也应调整施工工艺，调整施工方案。本文对某试验塔深基坑的围护桩的水平位移以及砼支撑的轴力进行了相关性分析，考虑到两种数据存在一定的关联性，所以结合两种数据作为参考，共同分析基坑开挖过程中桩体的变形规律和受力特点。
1工程概况
本项目东侧、西侧、北侧均紧邻马路，南侧则紧邻厂区车间。
本工程基坑面积约2366m2，基坑延长约200m。本工程地下室裙楼基础底板厚度1500mm，塔楼基础底板厚度3500mm，考虑垫层200mm，则基坑裙楼区域挖深为16.35m，塔楼区域挖深为18.35m。
2地质及水文条件
本工程场地内的地下水主要为浅层潜水及深层承压含水层，承压含水层水位埋深约3.0m。根据抗承压水稳定性计算，本工程裙楼区域（挖深16.35m）及塔楼区域（挖深18.35m）。
3围护机构设计方案
本工程采用整坑开挖土方顺作法方案，基坑周边采用“两墙合一”地下连续墙作为围护体，地下连续墙既作为基坑开挖阶段的挡土止水围护体，同时作为建筑物正常使用阶段的地下室结构外墙。基坑竖向设置四道钢筋混凝土水平支撑。
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图1 测斜原理图
4桩体受力与变形监测
4.1桩体变形监测原理及方法
测斜仪是一种可以精确测量沿基坑垂直方向上土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器。基坑围护桩体的变形主要是通过测斜仪来监测测斜管不同深度处的水平位移，当桩体发生位移时，埋入桩体内的测斜管将产生同步位移，以此
来反映基坑开挖阶段结构的安全状况。测斜仪的测量原理是假定测斜管底端水平位移为零，测斜探头传感器用来测量重力垂面上的量，然后确定探头与水平面的倾角。在实际工程中，当测斜管埋设足够深时，管底端可视为零基准，以测斜管底端为参考点，从管底往上计算各测点的水平偏差值。
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图2
测量前，测斜管管顶位移需使用经纬仪或全站仪布网进行测定。测量时，将测斜仪插入测斜管内，将测斜探头滑轮沿测斜导槽逐渐下放至管底，自上而下每隔0.5米测定该点的偏移角，然后将探头旋转180°（A0，A180），在同一导槽内再测量一次，合起来为一个测回。通过各测段水平位移的叠加推算总位移量。按下式计算为：
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式中
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——
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深度的本次坐标（mm）；
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——探头的长度（mm）；
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——倾角；
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——仪器在0°方向的读数；
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——仪器在180°方向的读数；
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——探头的标定系数。
4.2主要施工阶段桩体变形监测分析
研究基坑开挖随施工过程的稳定性，最直观可靠的方法就是监测围护桩体水平位移情况，这也是基坑施工监测中最重要的指标之一。本次监测从基坑开挖开始实施，截止到基坑主体结构施工结束。基坑开挖施工阶段如下表所示：
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图2可看出，基坑开挖后墙体向基坑内位移趋势，变化最大点随基坑开挖深度加深而向下移动，一般在开挖面下0～2m，最终在地下15-17m深度处位移量最大。开挖结束后，累计位移量最大为27.2mm（CX4）；±0.00结束时，累计位移量最大为32.1mm（CX4）；均未达到报警值40mm。地下结构施工期间墙体位移趋势不十分明显，墙体变形随时间推移而速率逐渐减小，日变化曲线基本呈重合状态。
5支撑轴力
5.1 支撑轴力监测原理及方法
通过安装在支撑内的钢筋应力计及安装在钢支撑端部的轴力计，量测支撑轴力。以作为判定支撑结构稳定和优化开挖流程的依据之一。监测点宜布置在支撑长度的1/3部位。
钢筋计安装方法：
（1）在监测断面的每边中部对称布置四个监测传感器。每道钢筋混凝土支撑中带测温的传感器数量不宜少于传感器总数的20%，布设在支撑轴力监测截面测边的中部。
（2）钢筋计与受力主筋通过连杆电焊连接。钢筋计连杆长度满足单面焊接10d，双面焊接5d，（d为主筋直径）。
（3）焊接时，在传感器上包上湿布并不断浇冷水，直到焊接完毕钢筋冷却到一定温度为止。
（4）在焊接过程中应不断测试传感器，观测传感器是否处于正常状态。
（5）钢筋计电缆一次成型，不在现场加长。如因工程破坏需接长，应在接线完成后检查钢筋计的绝缘电阻和频率值是否正常。要求电缆接头连接可靠，稳定且防水性能达到规定的耐水压要求。
（6）做好钢筋计编号和位置的记录工作。
钢筋混凝土支撑轴力计算方法：
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式中
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—支撑轴力(kN)；
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—钢筋计监测平均应力(kN/mm2) ；
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—第j个钢筋计标定系数（kN/Hz2）；
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—第j个钢筋计监测频率（Hz）；
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—第j个钢筋计安装后的初始频率（Hz）。
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—第j个钢筋计截面积（mm2）。
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—混凝土弹性模量(kN/mm2)；
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—钢筋弹性模量(kN/mm2)；
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—混凝土截面积（mm2）；
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=Ab-AS Ab—支撑截面积（mm2）
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—钢筋总截面积（mm2）。
5.2主要施工阶段桩体变形监测分析
考虑到围护桩体水平位移与支撑轴力两者之间的关联性，为了更加直观的了解围护桩体水平位移的真实情况，所以对四道支撑轴力的数据进行分析。本次监测从基坑开挖开始实施，截止到基坑主体结构施工结束。基坑开挖施工阶段如下表所示：
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由上图看出，支随着基坑的开挖，轴力会逐渐增大，而当基坑垫层结束后支撑轴力开始逐渐稳定，曲线趋于平缓。由于第四层土方开挖时间较短，所以第四道轴力数值并未在开挖结束后达到一个峰值，而是随着工程的进行而继续增大。基坑开挖结束后，支撑轴力监测数据表明，支撑轴力随着基坑开挖深度增加而增大，当基坑垫层结束后支撑轴力开始逐渐稳定。
6 总结
桩身的最大水平位移与基坑土层的开挖深度密切相关，随基坑开挖深度的增加而发生非线性增大，桩身形状也由最初的前倾形曲线逐步向弓形曲线发展． 相比桩顶和桩底的变形，桩体中部变形速率最快且变形量最大，受基坑时空效应的作用，桩体最大变形部位不断下移，最终在约距基坑设计开挖15～17m处达到最大值。
将轴力监测数据结合墙体变形数据结合分析，发现二者比较吻合，随着基坑开挖深度的加深，地墙底部位移显著，则轴力增大趋势明显；基坑开挖结束后支撑轴力值达到最大。