桩锚支护基坑开挖过程动态监测分析*
李正明
（潮南长沙商速公路建设开发有限公司，湖南长沙410100）
【摘要】以大型桩销支护基坑开挖为例，进行施工过程动态监测分析，了解基坑周边土体的应力、变形情况以及开 挖对周边建筑物和基坑围护结构的影响.研究结果表明：①猫杆对其位置以上土体的约束作用较小，土体变形量较大.受到支护桩的抑制作用，基坑宾部位移在不同时期位移量与变化量都非常小.②在开挖过程中土压力的分布形式未发生明显变化.孔察水压力从基坑开挖初期的减小消散状态变化到后期受到支护体系约束面增大的状 态.③地表最大阶段沉降量不是发生在基坑开挖到坑底时，因此，建议对地表变形的监测时间应相应增加.
[关键词】地下工程：被锚；支护；基坑；动态监测
[中图分类号】TU457[文献标识码】A
[文章编号]1002-8498（2013）07-0049-04
Dynamic Monitoring Analysis for the Excavation Construction Process with Pile Anchor Supports
Li Zhengming
(Hs* nan Changiha Highway Conzrsction Deselpment Co. Iad. Changshs Hs*nsn 410100 Chins)
Abstract: Dynamic monitoring analysis was performed using the excavation of a large foundationexcavation supported by pile anchor as an example to understand the stress and deformation of the soilaround the foundation excavation and the effect of excavation on both surrounding buildings and thesupport structure. The results show that: ( 1) anchors have limited constraint effect to the soil above theirlocations where the soil shows large deformation. Due to the restraint of the piles the displacements at the bottom of the foundation excavation are very small at all period. (2) during the excavation process the distribution pattem of the soil pressure shows no apparent change. Pore water pressure decreases dueto dissipation in the initial stage of the excavation but increases later because of the restraint from thesupporting system. (3 ) the maximum ground selement was not observed when the excavation reachedthe bottom. Therefore it is remended to increase the monitoring time for the ground settlement deformation.
Key words ;underground; pile anchor; supports; foundation excavation; dynamic monitoring
程动态监测分析.所研究的基坑占地面积较大，施了解基坑周边土体的应力、变形情况，以及开挖对405d，其中基坑开挖工期165d，桩及地下室工期信息，实现安全、经济、快捷施工. 工工期较长，自基坑开挖至地下室施工完成工期为周边建筑物及基坑围护结构的影响，通过现场监测有可能造成支护结构的变形较大.另外，基坑采用成水土流失，使基坑周边土体及建（构）筑物的变形较大.针对工程特点，对支护结构组成部分的锚杆抗拨力（轴力）、围护结构的变形、周边土体的变形
以某大型桩锚支护基坑开挖为例，进行施工过和压力、孔际水压力等进行施工过程的动态监测，
240d：基坑开挖过程经历雨季施工且暴露时间较长，1工程概况
本工程为超大型地下工程，基坑侧壁安全等级桩锚支护结构，在围护桩及锚杆施工过程中容易造为一级，基坑开挖最大深度为19.5m，周长688m. 场地由第四系覆盖层和白垩系基岩组成，第四系覆盖层包括人工填土、冲积层、残积层，白垩系基岩包括粉质砂层和局部粗砂岩、砾岩.场地地下水主要为第四系孔酿水和基岩裂隙水，第四系孔隙水赋存地下水位埋深1.07~4.90m，大气降水为其补给来 于砂层和粉质黏土的孔除中，砂层为主要含水层，
2基坑支护方案
3监测结果与分析
3.1土体侧向位移
岩裂隙水有少量漏水现象，但基岩总体含水量较小. 源，水位受季节性影响变化较大，水量较丰富.基生
根据场地四周环境条件和岩土工程特征，采用的基坑支护方案为：沿基坑边线布设连续排列的大直径排桩（钻孔桩或挖孔桩），桩端嵌人强风化岩或 中等风化岩的深度≥1.50m，在竖向布设2排预应力锚杆（索），排桩顶设置压顶梁，构成挡土支护结构.沿地下1层基坑周边施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩，加固基坑周边松软土体，构筑防渗止水帷幕，或在桩间采用高压旋喷桩止水，切断基坑外围 地下水对基坑内的径流途径，疏干基坑内的地下水.基坑支护平面和监测点布置情况如图1所示，其中第1排铺杆设置在3.0m深度位置，第2排锚杆设置在8.0m深度位置.SD1-SD4为土体侧向位移监测点，PP1为孔隙水压力监测点，ptd1~ptd5 为支护桩顶水平位移监测点，SP1为土压力监测点，gs1~gx3为基坑周围地面沉降监测点.
图1基坑支护及监测点平面布置示意Fig.1Layout of foundation excavationand monitoring points
在靠近基坑围护结构的周边土体设置4个土体测斜孔，研究范围内包含1个土体位移监测孔.土体侧向变形监测点采用钻机在设计位置进行钻孔埋设，在钻孔内安装专用测斜管，测斜管就位后用 水泥浆回填，使测斜管与周围土体固定.当土体发
生位移时，测斜管也随之变形并发生倾斜变化.将 测斜仪探头在测斜管内自下面上以一定间距逐段滑动量测，便可获得每测段的倾斜角及水平位移增量，通过计算便可得到任意深度的水平位移.
为了解基坑在土方开挖过程中土体的侧向变结果，做出各个测斜孔的侧向位移变化曲线，如图2 形规律以及土体位移对支护结构的影响，根据监测所示.可以看出，随着基坑土方开挖，开挖位置处土体的侧向位移逐渐增大：错杆的设置很好地约束了土体变形，但对于锚杆以上位置的土体，锚杆约束作用较小，土体变形量较大，每次监测得到的最 大水平位移点均位于基坑上部土体，开挖过程中引起土体的最大位移为17.0mm.当监测时间到105d后，土体测斜孔位移变化不大，这是由于105d时基坑已开挖至18.5m，基本已开挖到基坑底部：后续基 坑的开挖量较小，对土体的扰动不大，因此相应土体的位移变化也不大.此时，相邻监测曲线之间的数值差别也越来越小，说明土体的位移速率也逐渐减小，土体逐渐趋于稳定.由于受到支护桩的抑制作用，基坑底部位移在不同时期都在0左右，位移量的位移，这是由于随着基坑土方开挖、锚杆预应力 与变化量都非常小：甚至在基坑底部出现向土体内的释放，桩体逐渐量悬臂状态，支护桩在上部产生向基坑内的倾斜，由于其刚度较大，在基坑下部则产生向土体内部的位移.
图2SD1点处土体侧向位移变化曲线Fig.2Horizontal displacement variation curves for the SD1
记录各测斜孔侧向水平位移最大值随时间的变化曲线如图3所示.可见，由于基坑土方开挖引起的土体位移变化速率较大，但位移曲线逐渐趋于平缓，说明侧向位移变化量及位移速率都逐渐减小，土体处于稳定状态.
3.2支护结构桩顶水平位移
支护桩顶水平位移监测曲线如图4所示.由图
Fig.5The variation situation of the anchor 图5施工过程中错杆轴力的变化情况axial stress during construetion process
Fig.3The variation curves of the largest horizontal 图3最大侧向水平位移随时间的变化曲线displacement with monitoring time
编号.每处土压力孔沿不同深度各埋设2个土压力盒，采用频率计对埋设于挡土桩内的各个土压力计进行监测，并通过相应土压力计的率定曲线计算监测时 各个监测点的侧土压力，与基坑开挖前该点侧土压力值相比较就可以了解监测断面各点的侧土压力变化情况.土压力监测结果如图6所示，可以看出，土压力呈现上部小、下部大的特点.2条曲线的变化趋势大致相同，说明在开挖过程中土压力的分布形式未发生明显变化.随着基坑开挖深度的增加，土体存在向 基坑内移动的趋势，但这种趋劳受到桩锚支护结构的抑制，因此土压力曲线呈波状递增.当基坑开挖至3m和8m左右时，曲线发生突变现象，这是由于这两个位置布设了锚杆支护结构.当基坑开挖至8m以下时，土压力曲线较为平缓.
4可见，随着施工的进行，桩顶位移逐渐增加；在开挖初期，桩顶水平位移呈现不规律增加；基坑深度从8.5m开挖至19.5m时，桩顶水平位移曲线显得较为 平缓，但当施工进行到底板和地下室后，位移曲线呈陡增趋势，这说明桩顶突然向坑内倾斜一个较大的位移，位移速率明显增大，这是由于该期间基坑底板以上的钢支撑逐步拆除，坑壁的土压力较大，导致桩顶水平位移明显增大，最大水平位移为21.0mm.
图4桩顶水平位移与时间的关系Fig.4 The relationship between horizontaldisplacement of plle bead and monitoring time
Fig.6The variation curves of the soil press at SP1
图6SP1处土压力变化曲线
从图1可知，基坑平面左下侧未进行错杆支护，pd5的桩顶位移.锚杆的轴力随时间的变化情况 导致左侧监测点ptd1-ptd4的桩顶位移明显大于如图5所示，开挖初期，轴力呈波动上升状态，由于土方开挖导致轴力增加.随着基坑土方开挖，土体存在进一步向基坑内移动的趋势，支护桩受到土体 作用发生侧向位移，此时锚杆发挥自身的错固效果，对基坑围护桩上部的侧向位移起到抑制作用.
3.4孔醇水压力
在孔隙水压力监测点处采用钻机钻孔埋设孔醇水压力计，钻孔深度略大于最深孔隙水压力传感器的埋设深度，钻孔直径略大于孔水压力传感器直径.将孔水压力传感器按顺序放人钻孔中，就 位后回填细砂.监测导线引出地面，并按孔隙水压力传感器的埋设深度编号.在本文研究范围内，共布置1个孔隙水压力监测点PP1.通过监测，得到相应的孔隙水压力变化曲线如图7所示，在监测初期，开挖使上部土体被开挖掉，土体失去原始的侧
3.3土压力
在监测研究范围内，设置1处土压力监测点SP1.在挡土桩成孔后预埋土压力传感器于适当位置，将监测导线引出地面，并按土压力盒的理设深度
向约束，孔醇水压力得以消散，因此曲线存在下降 现象.而随着开挖的继续进行，基坑侧向土体在主动土压力作用下会产生向坑里、向下沉的运动趋势，但由于支护体系的存在，这种趋势被减弱，导致孔中的水承受更大的土压力，并且监测期间暴雨的影响也增加了上部土体的孔隙水压力，从面使得 监测点位于3m深度的孔隙水压力反面大于8m深度的孔醇水压力.
图8地面沉降点监测曲线
Fig.8 The monitoring curve of the ground settlement
于其位置以上的土体约束作用较小.受到支护桩的抑制作用，基坑底部位移在不同时期都在0左右.土方开挖导致锚杆轴力增加，轴力呈波动上升状态.
显变化.土压力曲线量波状递增.由于开挖，上部 2）在开挖过程中土压力的分布形式未发生明土体失去原始的侧向约束，孔隙水压力得以消散.随着开挖的继续进行，基坑侧向土体向坑里、向下沉的运动趋势受到支护体系抑制，导致孔醇中的水承受更大的土压力.
图7PP1点孔隙水压力变化曲线Fig.7 The variation curves of the poreIdd e assad
3）地表最大阶段沉降量不是发生在基坑开挖到坑底时，而是发生在底板及地下室施工期间，建议相应增加地表变形的监测时间.
3.5基坑周边地面沉降
在研究范围内布设3个地面沉降监测点，各沉降监测点监测曲线如图8所示，可以看出，由于基坑 开挖引起周围地面产生一定沉降量，并且gs2监测点的沉降量明显大于gs1和gx3监测点的沉降量，说明基坑周围土体地面沉降以中部最大、两编逐渐减小，呈“凹槽形”，三者的最大沉降量分别为3.09，2.01和1.86mm.基坑开挖初期，由于开挖深度很 小，各地表测点的变形微小；随着时间的推移，开挖深度加大，地层沉降速率增大，累计沉降逐渐增大；当基坑开挖完毕后，进行底板和地下室施工并开始基坑排水固结时，gs1和gs3监测点的地表沉降速率明显增大，而g2监测点沉降速率变化不大.地表最大阶段沉降量不是发生在基坑开挖到坑底时，而 是发生在底板及地下室施工期间，这是由于钢支撑拆除后，坑壁的土压力较大，面内部结构刚度较小，地表沉降会继续增大.文献[10-11]同样发现了该问题，这一点应引起注意，因为许多文献对地表变形的描述终止于基坑开挖至坑底施作底板的过程， 而这并不能反映地表变形的最大值，因此建议对地表变形的监测时间相应增加.
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4结语
1）随着基坑土方开挖，土体的侧向位移逐渐增大；锚杆的设置很好地约束了土体变形，但锚杆对
