以下分析中,水平位移以向基坑内为负,反之为正; 竖向位移以竖直向下为负.
3.1 桩顶水平位移分析
图4为各开挖工况下监测点J1-J4的桩顶水平位移变化曲线,图5为选取的J3监测点现场监测值与计算值对比图.图4～5表明:
图4 J1-J4桩顶水平位移监测曲线
Fig.4 Horizontal displacement monitoring curves of pile top from J1 to J4
图5 桩顶水平位移对比图
Fig.5 Comparison diagram of horizontal displacement of pile top
(1)随着基坑的开挖,桩顶水平位移发展趋势呈先期慢,中期快,后期缓慢并总体趋于稳定的变化规律.至基坑支护开挖结束时,桩顶水平位移最大值位于J2、J3处,为-20 mm,最小值位于J4处,为-15 mm,基坑中部水平位移较边角处大,表明基坑端部受约束较大,基坑开挖空间效应显著.
(2)基坑开挖后,工况六至工况九桩顶水平位移发展最快,变化曲线呈近似线性关系,位移变化速率约为0.16 mm/d,远小于规范规定的报警值,表明整个基坑开挖支护过程中,未出现超挖、快挖等不良现象.
(3)监测与计算结果显示的桩顶水平位移总变化趋势基本一致,但也有一定差异,基坑开挖后期监测值呈收敛趋势,而计算值未有收敛迹象,这表明施工现场实际工况更为复杂,应将计算结果作为补充.
(4)计算结果中锚索对桩顶水平位移的约束作用更明显,每施加一道锚索,桩顶变形随之减小,尤其是前几道锚索,其对桩顶水平位移的约束作用更为突出,这主要是因为在锚索的实际张拉过程中,预应力损失过大,远小于模拟时的锚索张拉锁定值.
3.2 桩顶沉降分析
由图6可知,桩顶沉降随基坑开挖逐渐增大,各监测点沉降量与时间呈三段不同斜率的近似线性关系:工况一至工况六,桩顶沉降量很小,仅有-2.4 mm; 工况六至工况七期间,沉降速率最大,达到0.1 mm/d; 之后,沉降速率变小,并趋于平稳,平均速率约为0.04 mm/d.分析原因,桩顶沉降的这一变化特征可能与基坑降水有关,该基坑在开挖地下水位以上部分时(实际按-10 m控制),降水井只开启了设计数量的一半,之后才全部启用,故自工况五开始基坑降水量突然加大,而由于沉降的滞后效应,导致支护结构附近地层沉降速率自工况六开始明显加大,滞后时间约为10 d,所以在基坑降水的影响下桩顶沉降速率呈现“慢→快→慢”的这一特性.另外,受基坑开挖空间效应的影响,可以明显看出基坑开挖后期,靠近基坑中部的J2、J3监测点桩顶沉降速率及沉降量总体上较靠近基坑边角的J1、J4监测点的大.
图7为桩顶沉降计算值与J3点监测值的对比,可看出:桩顶沉降计算值与监测值随着工况的变化趋势基本一致,沉降均不断增大,但开挖支护结束时计算结果趋于收敛,且计算结果较监测结果曲线平缓,沉降速率未出现明显的突变现象,开挖支护结束时计算的沉降量也较监测值小,究其原因,这可能是由于计算分析过程中未考虑基坑降水的影响.
图6 J1-J4桩顶沉降监测曲线
Fig.6 Settlement monitoring curves of pile top from J1 to J4
图7 桩顶沉降对比图
Fig.7 Comparison diagram of pile top settlement
3.3 桩身水平位移分析
图8为测斜孔CX03桩身水平位移监测值,提取桩身水平位移计算数据得到图9,对比图8～图9可知:
(1)桩身水平位移变形曲线形态介于直线和抛物线形之间,空间上呈近似悬臂支护的变形特征,这主要是由于桩身中部锚索相对密集且设计锁定值较大,对桩身约束作用较好,提高了桩身的整体抗弯曲能力,说明在较密集的多层锚索作用下,支护结构整体刚性有所加强.
(2)桩身底部向基坑内的水平位移随着基坑的开挖不断增大,最大水平位移为-8.9 mm,说明在黄土地区深基坑设计时,若将嵌固段作为固定端,应严格验算基坑底部土体的抗隆起稳定性.
(3)计算结果与实测结果显示的桩身变形曲线形态大体一致,但计算的桩身中部弯矩总体上大于监测结果,表明实际工况下的支护结构刚性较计算环境下大.
图8 CX03桩身水平位移监测曲线
Fig.8 Horizontal displacement monitoring curves of pile body CX03
图9 桩身水平位移计算值
Fig.9 Calculated value of horizontal displacement of pile body
(4)基坑开挖完成后,计算结果显示,桩身最大位移位于桩顶处,为-23.2 mm,最小位移处于桩底,为-10.2 mm,而监测结果显示,开挖完成时,桩身最大变形为-21.6 mm,也位于桩顶,最小变形在桩底,为-8.9 mm,计算值较监测值大,说明该基坑支护设计合理,桩身变形控制较好.
3.4 锚索轴向应力分析
图 10为监测点ms2轴力随基坑开挖与支护的变化曲线,从中可以看出:(1)随着基坑的开挖,锚索轴力越来越大,这是因为随着基坑的开挖,桩身变形越来越大,锚索的约束作用越来越强,锚索轴力越来越大;(2)监测结果显示,下层锚索对上层锚索的影响较小,这是因为施工过程中,锚索存在较大的预应力损失,使其对桩体的约束作用减弱;(3)由于开挖机械对锚索产生了干扰,锚索2-5轴力大量减小,同时,其余锚索轴力增加,体现了各层锚索相互协调共同工作的空间作用效应.
图 10 ms2轴力监测曲线
Fig.10 Axis force monitoring curves of ms2
图 11 锚索轴力计算值
Fig.11 Axis force calculated value of anchor cable
图 12 各层锚索轴力对比直方图
Fig.12 Histogram of axial stress contrast in each layer of anchor cable
图 11为ms2监测点锚索轴力计算值,基坑开挖支护结束后,为了便于锚索轴力监测值与计算值的比较,作锚索轴力计算值与监测值对比直方图,如
图 12所示.从图中可知:开挖支护结束时,各层锚索轴向应力监测值占计算值比例分别为71.4%,50.2%,39.0%,40.6%,29.5%,41.1%,34.6%,地下水位以上部分比值较高,而地下水位以下的黏土层中比值则相对较低,平均比值不足计算值的一半,其表明:地下水位以下锚索的蠕变效应较显著; 基坑开挖过程中,支护结构背侧土体向基坑内的实际位移较计算值小,导致锚索约束作用较小,故锚索轴力较小; 第六层锚索轴力监测值较大,主要由于其锚固段大部分位于中砂层中,锚固体与地层之间摩阻力较大,锚索蠕变效应较湿陷性黄土层及黏土层中小.
3.5 基坑临近建筑物沉降分析
由于基坑北侧门诊楼距离基坑最近,现以其作为基坑临近建筑物沉降分析对象,取具有代表性的D1、D4、D5及D9监测点进行数据分析,绘制的门诊楼沉降变化曲线如图 13所示,从中可以看出:
(1)随着基坑的开挖,门诊楼沉降逐渐增大,沉降速率整体上呈近似线性关系,平均沉降速率约为0.04 mm/d,而工况六至工况七期间沉降速率有明显的增大现象,这同样与3.2中所述的基坑降水有关.
(2)基坑开挖与支护结束时,门诊楼最大沉降量为D4的-8.7 mm,最小沉降量为D5的-7.2 mm,分别位于门诊楼南北两侧,差异沉降量仅为1.5 mm,整体倾斜率0.09‰,远小于规范规定的倾斜2‰的监测报警值,表明门诊楼整体稳定性良好,受临近基坑开挖影响不大.
(3)基坑开挖支护结束时,门诊楼沉降未见收敛趋势,仍以较缓慢稳定的速度不断增大,故基坑开挖结束后应及时进行地下室的施工,以尽早完成±0以下的回填工作,以及早结束基坑降水工作.
图 13 基坑临近建筑物沉降监测曲线
Fig.13 Building settlement monitoring curves near the foundation pit
