随着我国国民经济的快速增长,城市向空间、地下立体化发展,因而高层建筑、地铁、地下仓库以及多种地下工业与民用设施等大量涌现。与之相适应深基坑工程(h≥7m)越来越多,开挖越来越深,由此而产生了大量深基坑工程,其规模和深度不断加大。近年来,以土钉支护为主,辅以其它补强措施以维持和提高土体边坡稳定性的复合支护形式得到了广泛的应用,国内许多学者对其进行了广泛的研究。
1复合土钉支护
随着我国经济建设的高速发展,全国各地大量的深基坑不断涌现,而基坑支护工程作为一项临时性工程,很多建设单位不希望投入大量的资金,而造价相对低廉的土钉支护方法却存在着不适合深基坑,以及基坑侧壁变形过大的弊端。随着基坑支护理论的提升,国内基坑设计的方法已经逐渐由“强度控制理论”向“变形控制理论”转变[1],这种新的基坑支护概念不允许基坑出现较大的位移。而锚杆支护同样作为一种造价比较低的支护手段恰好填补了土钉支护的这一缺陷,其强大的预应力可以有效的控制坑壁位移,从而保证了基坑的安全和稳定。
土钉锚杆支护体系是复合土钉支护的一种形式,陈肇元对复合土钉支护的定义描述为:复合土钉支护就是把土钉与其它支护形式或施工措施联合应用,在保证支护体系安全稳定的同时满足某种特殊的工程需要,如限制基坑上部的变形、阻止边坡土体内水的渗出、解决开挖面的自立性或阻止基坑底面隆起等。土钉锚杆支护体系具有非常突出的优点。
(1)造价低廉。土钉锚杆支护相当于将土钉支护中一部分土钉改成锚杆,材料用量都很少,造价低,都不需要大型机械和复杂工艺。
(2)施工速度快。由于施工工艺相似,除了需要施加预应力外,在施工方法上和施工场地、施工机械方面几乎与土钉完全相同,没有特殊的要求,大大缩短了工期。
(3)土体变形小,支护效果好。由于锚杆的预应力,减小了土体的变形,正好弥补了土钉支护土体变形大的缺陷。可以有效地控制基坑变形,可用于深度较大的基坑,及基坑周围存在建筑物和地下管线而对位移控制比较严格的基坑。
(4)在土钉锚杆支护体系中,锚杆主动受力,土钉被动受力,土钉和锚杆受力互补,这种互补性对于基坑的稳定有着非常重要的作用。
2土钉锚杆支护体系监测系统设计
2.1 基坑监测的目的和意义
基坑开挖过程中,基坑内外的土体必然会发生受力状态的改变,由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变,即使采取了支护措施,由此也会引起基坑土体内力变化并产生一定数量的变形。基坑内力主要包括:土压力,桩内力,土钉锚杆轴力等;基坑的变形包括:基坑侧壁及周围土体的竖向位移(沉降)和侧向位移(水平位移),基坑坑底土体的隆起。
虽然一定程度上的内力和变形是允许的,但是当内力和变形超出了一个范围后,将会对基坑本身以及周围环境造成破坏性的影响。因此开展基坑监测,对基坑支护体系,基坑周围土体以及周围环境进行系统的综合的监测,对于确保基坑开挖工程顺利有序进行具有十分重要的意义。
2.2 基坑监测的内容和手段
基坑监测的内容包括三个方面,基坑变形监测,基坑周围环境监测和基坑内力监测。
(1)变形监测主要有水平位移观测,竖直位移(沉降)观测,深层水平位移监测。
(2)周围环境监测包括基坑周围建筑物、构筑物、管道线路水平位移和竖直位移观测,地下水位监测,基坑周围地面裂缝观测等。
(3)内力监测有基坑土压力监测,支护桩内力监测,土钉内力监测,锚杆内力监测等。
《建筑基坑支护技术规程》(jgj120―99)根据安全等级,规定了应测、宜测、可测项目,具有强制性和指导意义。
3工程实例
3.1 工程概况
本工程场地位于滨州市邹平县三八街52号院内。该工程占地面积147×97m2。基础埋深为12.5m,基坑支护形式为土钉锚杆支护形式。场地位于闹市区,周边有交通主干道及地下管线较多,南侧基坑边线距六层住宅楼约5.0m;东侧基坑边线距六层住宅楼约6.0m;北、西侧基坑边线距公路最近约3.0m。
场地原为房屋,现已拆除。钻孔孔口标高为49.97m～50.46m,相对高差0.49m。本场地地貌单元为山前平原。
为了能充分检测基坑的变形情况,在基坑的周围每相隔10m设置一个位移观测点,在支护结构的顶部布置了16个位移观测点,对基坑周围的16个位移观测点,既观测水平位移,也观测竖直位移,确保基坑开挖过程中,基坑边坡及支护结构的安全与稳定。
3.2 基坑监测方法和仪器
基坑沉降观测所采用的仪器为德国天宝公司生产的dini12数字水准仪,测量精度为:每公里往返测高差中误差0.3mm/km,最小读数0.01mm。采用条码水准尺,感应条码尺反射的可见光即可测量。先进的感光读数系统:只需读取条码尺30cm范围的条码即可测量,如遇遮挡,则处于一定时间的等待状态,遮挡物移开后,立即进行测量。只需一根尺即可进行不同远近距离的水准测量,勿需换尺。仪器自动记录读数,并能自动进行平差计算,减少了人为读数和人为记录的误差。
基坑水平位移观测采用视准线法,在基坑的四个阴角点位置,布置四个固定点,以四个固定点为基准线,利用全站仪在精密钢板尺上的读数,来测量变形观测点与视准线之间的距离,两次距离之差,即为水平位移量。水平位移观测所采用的仪器:瑞士徕卡的tc702全站仪,测角精度为:2″,测距精度为:2mm 2ppm。
3.3 监测成果及分析
齐星名都豪园基坑工程变形监测,从2009年6月18日开始布置沉降观测点和基准点,6月19日进行第一次观测,到2010年1月12日沉降观测结束,共计观测50次。
(1)沉降观测的监测过程及结果分析。
本项目对于基坑边坡15个沉降观测点的观测,每次观测时每一个闭合线路的闭合差都控制在1mm以内,最大闭合差为 0.97mm。最小闭合差为 0.01mm。
从基坑边坡顶部15个变形点的沉降数据来看,最大的沉降点是s14,沉降量为-7.60mm,最小的沉降点是s2,沉降量为-3.14mm。沉降点s1、s2和s5的沉降量在-4mm以内,其余的沉降点的沉降量都在-5.0mm～-8.0mm之间。沉降变形数据比较一致,一方面说明了基坑的沉降变化均匀;另一方面,说明观测精度较高,数据可靠。
从沉降曲线上看,在基坑开挖初期(2009年6月初至2009年7月20日),由于基坑内部土体的变动,使基坑边坡顶部的沉降观测点略的上浮的现象。从2009年7月底以后,基坑边坡顶部开始下降,但沉降量较小,最大的只有-2.51mm,基坑北侧和东侧变形较大,西南方向变形较小,与基坑的开挖顺序一致(当时先开挖的是北侧和西北方向的土体),之后整个基坑基本上是平稳变化,没有突变的过程发生。基坑开挖至2009年11月份以后,基坑支护完成,基坑处于稳定状态,沉降变形较小,基坑稳定。
(2)基坑边坡水平位移监测结果分析。
本项目基坑水平位移观测点与沉降观测点共用,从水平位移观测数据来看,累积位移量最大的水平位移为3mm,最小的只有0mm,也就是没有累积变化量,从整个基坑的水平位移曲线来看,变化有正有负,也就是说基坑边坡顶部的水平位移,有时向基坑内侧移动,有时向基坑外侧移动,这一方面说明了基坑边坡顶部的变化与土体的开挖过程有关,另一方面说明基坑顶部的水平位移变形很小,并与沉降观测数据的降浮相一致。但基坑水平位移的总趋势是向基坑的内侧位移较大。与基坑的开挖过程相一致。从水平位移曲线来看,基坑边坡顶部的水平位移,总体变化不大,累积位移量只有安全域的25%,整个基坑一直处于稳定和安全状态,基坑至2009年10月以后水平位移曲线平缓,水平位移发展趋势缓慢,基坑处于稳定状态。
4结语
从观测过程及观测数据来看,在基坑施工的整个过程中,由于土钉锚杆支护形式的技术方案可靠,使基坑基本处于稳定状态,保证了基坑开挖和主体建筑施工的安全。其次,土钉锚杆支护体系作为复合土钉支护形式的一种,由于锚杆的预应力对基坑土体的作用,可以有效控制基坑的横向变形,适合应用于周围场地环境复杂的基坑工程中。