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    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    作者:網站管理員 來源:本站原創 日期:2019/9/10 19:01:04 點擊:949 屬于:公司新聞
    逆作法是基于深基坑支護技術的一種新的深基坑施工方法,在20世紀90年代后期興起,并逐漸用于深基坑工程中。逆作法是在地下基礎施工的同時,也進行地上建筑施工,將主體結構的樓板、梁和柱等作為基坑開挖時的支護體系,在上部建筑施工到若干層之后,地下各層基礎工程也全部竣工。該法一般適宜在市內興建高層建筑物時,周圍施工環境比較復雜的情況下采用,確保四周的建筑物、道路及地下管線等不能因深基坑施工原因招致破壞。

    逆作法的特點是:開挖規模和深度大;場地采用全封閉式;周邊環境復雜;如果設計或者施工不當將會引起重大經濟損失和人員傷亡。逆作法深基坑施工基于深基坑支護技術的發展,解決了施工場地小、周圍建筑因基坑開挖而出現較大地基變形等問題。深基坑支護技術方案與開挖深度和地層巖土結構及性質等有關,支護結構若產生較大變形,可能造成基坑塌陷、周圍路面開裂甚至更嚴重的破壞,造成重大經濟損失和社會影響。據統計,基坑工程事故發生率占工程總數的1/4以上[1],所以深基坑支護技術的發展離不開連續精密的變形監測。本文以廣州市某商住樓工程基坑項目為例,深入研究逆作法基坑監測中基準網布設困難、精度要求高等技術問題,對逆作法深基坑施工中的變形監測具有參考和應用價值。

    1、項目概況和方案設計

    1.1 項目概況

    某商住樓工程深基坑項目位于廣州市越秀區東沙角路和東鐵橋三馬路交界處,總用地面積約5200m2,主體包括2棟40層的商住樓,其中地下室5層、群樓2層、塔樓33層,基坑面積僅2897.4m2,周長223.1 m,深度達21.95 m。東邊緊鄰東豪涌高架,西為東沙角路,南邊為8層住宅樓,北邊靠近4層建筑?;又ёo采用地下連續墻永久性支護結構和逆作法施工。施工程序如下:①旋挖樁及鋼管砼柱;②-0.100有梁樓蓋;③首層主體結構;④2層主體結構;⑤拆除首層模板系統;⑥-1.700樓蓋(含硬化層破碎、挖土、墊層、砌磚墻、鋼筋砼、技術間隙);⑦負一層土方開挖后澆筑其樓板;⑧負2、3層土方開挖后澆筑無梁樓蓋;⑨負3、4層土方開挖后無梁樓蓋;⑩底板澆筑; B11 3~22層主體結構與第⑤~⑩項同時施工。

    該深基坑施工項目建設方對于變形監測的具體要求是:能監測出地下連續墻永久性支護結構的水平位移和沉降位移分別為1.0 mm。

    1.2 混合基點網設計

    逆作法深基坑施工的變形監測采用混合基點網法[2]建立基準點網?;旌匣c網由基準點(參考點)和工作基點組成,若加上監測點(目標點),則為擴大的混合基點網?;鶞庶c布設在變形區外比較穩固、不易破壞的地方,專門設計固定棱鏡的特殊裝置,工作基點采用自由設站方式布設在便于對基準點和監測點進行觀測的合適位置。在基準點和監測點上都不設站,只在工作基點上用全站儀或測量機器人做邊角觀測即可,在許多典型工程中,由于范圍較小,布設起來簡便,觀測精度高,測量和數據處理都快速、精確且可靠。

    本深基坑項目的基準點J2、J3、J4布設在東邊變形區外的東豪涌高架橋墩上,基準點J1、J5、J6設在東沙角路西第2排建筑物上(見圖 1) ,工作基點GJ1、GJ2、GJ3、GJ4布設在基坑的4個角上,與部分基準點和監測點通視,建強制對中觀測墩,作為測站安置自動化監測的測量機器人(見圖 2) 。

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    圖 1 混合基點網示意圖

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    圖 2 工作基點測站圖

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    圖 3 監測點強制對中墩觀測圖

    2、外業監測

    投入儀器設備有:徠卡TCA1800測量機器人1臺,大、小棱鏡共26個,溫度計、氣壓計、水準儀、水位計各1個,測斜儀、監測自動化軟件GeoRDMAS和內業數據處理軟件科傻系統CODAPS軟件各1套。采用測量機器人變形監測自動化監測系統進行觀測[3]。

    2.1 混合基點網初始觀測

    對由基準點和工作基點組成的混合基點網進行初始觀測非常重要,它是其后周期變形監測的基礎和依據。初始觀測要等到基準點和工作基點都完全穩定之后才能進行,在工作基點GJ1、GJ2、GJ3、GJ4架設測量機器人(徠卡TCA1800全站儀),和儀器連接的筆記本電腦裝有自動化監測系統,須采用多測回和多時段的方法觀測網中所能通視的基準點,例如在工作基點GJ1上要觀測J2、GJ2、J3、GJ4、J6、J1各點的方向值和邊長,在4個工作基點觀測完了之后,進行網的嚴密平差。初始采用4個測回做邊角測量,并且要獨立觀測兩個時段??梢栽诩僭O的獨立坐標系統下進行平差,如以GJ1為已知點,GJ1-GJ2為已知邊,GJ1到GJ2為Y軸方向,按右手法則建立獨立坐標系統。采用與變形監測自動化監測系統配套的科傻系統CODAPS軟件進行基點網的嚴密平差,可計算出基點網各基準點和工作基點的坐標及其精度[4]。兩個獨立觀測時段的網平差結果若無顯著差異,則取其均值作為初始的最終結果。一個測站的觀測時間為6~8 min,一個時段(4個測站,含搬站時間)的觀測需1個多小時。

    本項目基點網的精度情況為:最弱基準點的精度為0.6 mm,最弱工作基點的精度為0.4 mm,由于采用兩個時段的均值,實際精度更高一些?;鶞庶c的坐標將在后面的初始監測中作為已知值使用。

    2.2 周期變形監測

    如圖 4所示,在工作基點GJ1上架設測量機器人,選一最佳的定向方向如J6(原則是距離適中,背景好,穩定),按順時針次序依次觀測所有的點(包括基準點、工作基點、監測點),可設計為三測回或兩測回,第1期的第1次觀測需要人工觀測(稱學習測量),以后的各期各點的觀測都是自動觀測(屬于系統功能)。然后搬站到下一工作基點,如此進行,直到結束?;庸?2個位移、沉降基坑支護監測點,每期監測時間約1.5 h。

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    圖 4 自動化監測技術

    基坑監測控制值約為允許值的60%[5],報警值為控制值的80%,預警值為報警值的80%,根據相關規范和設計要求,設置控制值和報警值,見表 1。監測軟件根據相關設置,小于預警值、大于預警值、大于控制值的數據分別用不用顏色區別。

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    監測項目還包括周邊建筑沉降、管線沉降、地下水位、測斜。在基坑開挖前,埋設水位孔、支護結構測斜孔,在工程的始終,要用精密水準測量和應力應變計、水位計、測斜儀和錨索拉力計等多傳感器進行各種監測,構成一個綜合監測系統,要用精密水準檢測各工作基點的高程。

    2.3 周期監測數據處理

    周期監測數據處理非常重要,且可在現場進行。一般是先做工作基點的單點平差,該平差實際上是一個以基基點為已知點的邊角后方交會平差問題。以工作準點GJ1為例,以基準點J2、J3、J6、J1為已知點,可計算出GJ1的坐標。重要的是,必須進行基準點穩定性檢驗。采用組合后驗方差檢驗法來判斷顯著變動的基準點,確定穩定的基準點[6, 7],使用科傻系統CODAPS軟件,該法簡便易行。在每個工作基點做完單點平差之后,最后做擴大的混合基點網平差,以穩定基準點為已知點計算工作基點和變形監測點的坐標,作為該周期變形監測的成果。對其后各周期的監測數據都采用上述方法處理。

    擴大的混合基點網平差中基準點、工作基點和監測點的精度與已知點(穩定的基準點)的個數有關,其結果如表 2所示。 由表 2可知,基準點、工作基點、監測點的精度都優于0.9 mm,滿足設計要求的1 mm。同一工作基點對同一監測點進行重復測量,X、Y較差不超過0.3 mm,完全滿足監測要求。穩定基準點個數越多,工作基點、監測點坐標精度越高,多余觀測數越大??梢娫诒O測期間,保證基準點的穩定可靠十分重要[8,9],本項目的基準點都沒有顯著性變動。

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    3、變形分析與預報

    從第2周期開始,將后一周期擴大的混合基點網平差的監測點平差坐標與前一周期擴大的混合基點網平差的監測點平差坐標比較(使用軟件的疊值分析功能),所得的差值即為該監測點在坐標軸方向的變形量,也可以計算該監測點的水平位移量和沉降量;若將各周期與第1周期比較,則可以得到各監測點的累計水平位移量和沉降量。進一步可制作變形成果表,繪制變形曲線圖,還可以繪制每個點變形的二維或三維圖。

    圖 5為15和16號監測點在施工期間的平面位移和沉降變形曲線圖,如在一期到3月中旬負1層開挖3.65 m后,進行無梁樓板澆筑,其間沉降和位 移的變化率都比較緩慢;4月初到6月下旬,進行負2、負3層開挖和樓板澆筑,深度達11.65 m,開挖速度是負1層的兩倍,由曲線圖可看出,沉降和位移都明顯加快,累計沉降和位移最大值都為2.7 mm,位移速率最大值為-0.50 mm/d,沉降速率最大值為-0.42 mm/d,都遠小于報警值;從6月底到10月底,進行負4、負5層開挖和樓板澆筑,開挖深度為20.25 m,由于開挖速度放緩一倍,且有負1到負3層樓板的支護,從曲線圖可看出沉降和位移的變化速率都明顯放緩。

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    圖 5 變形點15、16號沉降和平面位移的變化曲線圖

    再取16號監測點對應的測斜管(CX15) 數據進行圍護結構深層水平位移分析,由圖 6可見,基坑開挖卸載,在坑外土壓力作用下,測斜管(連續墻)深層水平位移隨著開挖深度的增大呈“弓形”,開挖面位置向基坑外變形,但不明顯;由于首層梁樓板和負一層無梁樓板的水平支撐,4 m以上的深層位移也不明顯;第2、3次土方開挖深度位置,測斜管彎曲弧度逐漸加大,第2次土方開挖速度快,其弧度表現更顯著。連續墻累計位移最大位置為深度11 m處,向坑內位移13.8 mm,小于報警值;在基坑底(20.25 m)以下變形逐漸緩慢,至管底接近0。測斜管變形規律與16號點的沉降和位移點表現基本一致,說明多種測量手段都能監測出連續墻的微小變形。

    逆作法深基坑施工的變形監測方法研究及其應用

    圖 6 支護測斜CX15變形曲線圖

    監測中若發現達到預警值或有異常變化的情況,應對監測資料進行檢查復核,確認無誤后,立即用電話反饋給建設單位、監理和設計施工等部門,并進行書面確認。

    4、結束語

    逆作法深基坑施工越來越多,大多數施工現場都十分復雜[10],變形監測網的布設較困難,本文針對具體案例,提出了采用測量機器人自動化監測技術和布設混合基點網方法,解決了逆作法深基坑施工的變形監測問題,不僅能滿足精度要求,也大大提高了監測效率。逆作法比順作法的臨時支撐更加穩固,但是連續墻位移最大值大約在基坑開挖深度的1/2處,建議在開挖深度到1/2時,開挖速度不宜過快。本文的研究對逆作法深基坑施工類似工程的變形監測具有很好的參考和應用價值。
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