淺析深基坑施工監(jiān)測技術(shù)

林明博

（深圳市工勘巖土工程有限公司，廣東 深圳 518026）

1、前言

隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，基坑施工的開挖深度越來越深，從最初的5～9m發(fā)展到目前最深已達(dá)20m多。由于地下土體性質(zhì)、荷載條件、施工環(huán)境的復(fù)雜性，對在施工過程中引發(fā)的土體性狀、環(huán)境、鄰近建筑物、地下設(shè)施變化的監(jiān)測已成了工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，往往難從以往的經(jīng)驗(yàn)中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。首先，靠現(xiàn)場監(jiān)測據(jù)來了解基坑的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，為今后降低工程成本指標(biāo)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。第二，可及時了解施工環(huán)境——地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑在施工過程中所受的影響及影響程度。第三，可及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)險情的發(fā)生及險情的發(fā)展程度，為及時采取安全補(bǔ)救措施充當(dāng)耳目。

2.深基坑監(jiān)測的內(nèi)容及方法

監(jiān)測內(nèi)容的選擇和測點(diǎn)布設(shè)合理方能經(jīng)濟(jì)有效。監(jiān)測項(xiàng)目的選擇必須根據(jù)工程的重要程度、支護(hù)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件的實(shí)際情況而定。在確定測點(diǎn)的布設(shè)前，必須知道基地的地質(zhì)情況和基坑的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，再根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和理論的預(yù)測來考慮測點(diǎn)的布設(shè)范圍和密度。

深圳地區(qū)基坑常見支護(hù)方案有大放坡、土釘墻支護(hù)、復(fù)合錨桿支護(hù)、樁錨支護(hù)，支護(hù)樁墻+內(nèi)支撐支護(hù)，雙排樁支護(hù)，重力式攪拌樁擋墻支護(hù)等形式或幾種方案的組合，比較常規(guī)的監(jiān)測項(xiàng)目有坑頂水平位移、周邊沉降、土體或支護(hù)樁墻的深部水平位移（測斜）、地下水位、支護(hù)樁墻鋼筋應(yīng)力，錨索或內(nèi)支撐軸力監(jiān)測等，個別基坑還可能有側(cè)土壓力、孔隙水壓力、分層沉降及基坑底反彈監(jiān)測等。

周邊沉降和坑頂位移幾乎是每個基坑必不可少的監(jiān)測項(xiàng)目，主要采用水準(zhǔn)儀或全站儀等光學(xué)監(jiān)測儀器，方法簡單，數(shù)據(jù)直觀可靠。

測斜管（測地下土體、圍護(hù)樁體的側(cè)向位移）的安裝應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，埋設(shè)在那些比較容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)以20～30m的間距布設(shè)；圍護(hù)樁墻體測斜管應(yīng)在圍護(hù)樁體澆灌混凝土?xí)r放入；地下土體測斜管的埋設(shè)須用鉆機(jī)鉆孔，放入管子后再用黃砂填實(shí)孔壁，地表管口四周用混凝土封固，并在管口加帽或設(shè)井框保護(hù)。測斜管的埋設(shè)要注意十字槽須與基坑邊垂直。深部位移主要采用重力加速度式測斜儀進(jìn)行觀察，通常以底部為不動點(diǎn)由下往上進(jìn)行推算得出不同深度的水平向變形量，故一般要求測斜管底部應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定土層。

基坑在開挖前必須要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑內(nèi)滲漏，地下水的流動是引起塌方的主要因素，所以地下水位的監(jiān)測是保證基坑安全的重要內(nèi)容；地下水位觀測井用鉆機(jī)成孔，成孔直徑Φ110mm，成孔深度略深于設(shè)計(jì)深度，成孔后下入Φ70型PVC花管外裹雙層尼龍網(wǎng)，花管與孔壁之間用級配碎石（邊挖孔邊下碎石）填充，孔口以下約2m內(nèi)用粘土封閉，地表管口四周用混凝土封固。

應(yīng)力監(jiān)測中用的比較多的是振弦式應(yīng)力傳感器，包括振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)、混凝土應(yīng)變計(jì)、軸力計(jì)、錨索計(jì)、土壓計(jì)和孔隙水壓力計(jì)等。采用頻率讀數(shù)儀讀取傳感器的頻率變化，通過事前率定的系數(shù)計(jì)算出應(yīng)力或應(yīng)變。

支護(hù)樁鋼筋應(yīng)力計(jì)布設(shè)在鋼筋籠中內(nèi)外側(cè)一對受力主鋼筋上，每2～3米布設(shè)一對。混凝土支撐軸力監(jiān)測主要采用鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變計(jì)，在受力關(guān)鍵位置選擇監(jiān)測斷面，每個斷面布設(shè)4應(yīng)力計(jì)。錨索計(jì)在錨索張拉前刻，安裝錨墊板或錨具之間，然后張拉鎖定。土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)，是監(jiān)測地下土體應(yīng)力和水壓力變化的手段，孔隙水壓力計(jì)的安裝，也須用到鉆機(jī)鉆孔，在孔中可根據(jù)需要按不同深度放入多個壓力計(jì)，每個壓力計(jì)間用干燥粘土球填充隔離。土壓力計(jì)要隨基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時一起安裝，有時也會用到鉆孔法，注意它的壓力面須向外；并根據(jù)力學(xué)原理，壓力計(jì)應(yīng)安裝在基坑的隱患處的圍護(hù)樁的側(cè)向受力點(diǎn)。應(yīng)力計(jì)安裝都須注意引出數(shù)據(jù)線的編號和采取有效保護(hù)措施。

3.監(jiān)測數(shù)據(jù)分析實(shí)例

3.1.工程概況

深圳某商業(yè)大樓工程，共有四層地下室，基坑開挖深度21.90m，基坑面積共約為21000m2，采用支護(hù)樁結(jié)構(gòu)，基坑周邊圍護(hù)體均采用1000mm厚“兩墻合一”地下連續(xù)墻，豎向設(shè)置四道臨時砼支撐體系。地下連續(xù)墻成槽前采用φ850@600三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，基坑被動區(qū)土體加固采用φ850@600三軸水泥土攪拌樁，被動區(qū)加固體與槽壁加固體之間采用φ850@600高壓旋噴進(jìn)行填充加固。

支撐平面均采用對撐、角撐結(jié)合邊桁架布置，采用鉆孔灌注樁作為立柱樁。每道支撐的中心標(biāo)高具體情況為-2.650、-8.150、-13.500、-18.500。連續(xù)墻底標(biāo)高為-38.900，攪拌樁底標(biāo)高為-25.900。

監(jiān)測內(nèi)容主要有周邊沉降觀測，坑頂位移，支護(hù)墻體深部位移，支護(hù)墻體鋼筋應(yīng)力監(jiān)測，砼凝土支撐軸力，地下水位等。

3.2 地表沉降的結(jié)果與分析

本工程基坑的三面都有管線，而其中西側(cè)的管線離工程有較遠(yuǎn)的距離，因此最后沉降都沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的報(bào)警值。而另兩測的離基坑比較近所有的點(diǎn)位都超過了報(bào)警范圍。變形最大的點(diǎn)位都位于基坑?xùn)|側(cè)，這和本工程東側(cè)同時進(jìn)行的基坑開挖有著極大的關(guān)系。由于測點(diǎn)較多，為便于說明問題，分別選擇工地東側(cè)和南側(cè)最有代表性的一條斷面上的測點(diǎn)進(jìn)行分析。其中東側(cè)離基坑近到遠(yuǎn)分別為 D8、H3、X8、S8、M8。如圖 1 所示：

圖1 （曲線由上到下分別為 D8、H3、X8、S8、M8）

圖2 （曲線由上到下分別為 X3、M3、S3、D3）

南側(cè)離基坑從近到遠(yuǎn)分別為D3、S3、M3、X3。如圖2所示：

從圖1、圖2明顯可以看出，地表沉降的變化可以分以下3個階段。第一階段：從挖土開始一直到挖完2層土，是一個緩慢的下降過程。第二階段：從挖第三層開始一直到墊層形成前是一個很急劇的下降過程。第三階段：墊層形成后一直到底板形成下降的趨勢明顯減緩。

并且明顯看出工地南側(cè)的點(diǎn)位是沉降量是離基坑越遠(yuǎn)越小，而東側(cè)的點(diǎn)位沉降量則是離基坑越遠(yuǎn)越大。這說明了疊加效應(yīng)的存在，因而在東側(cè)離對方基坑越近的點(diǎn)位也受對方基坑的影響越大。像這種沉降量不完全是本基坑造成的情況，一定要和本基坑業(yè)主和對方基坑業(yè)主事先溝通好，以免將來有不必要的麻煩。

還可以從曲線看出，在4月7日地表有明顯的上升過程，這和工地停止抽水有關(guān)，當(dāng)?shù)叵滤Ｖ钩槿『螅^開始往上升，必定引起地表上升，這是正常的現(xiàn)象。

3.3 地下連續(xù)墻變形的分析

共在墻體內(nèi)埋設(shè)了8個測斜孔，36m深。其中一孔被施工破壞，從基坑開挖始就開始及時跟蹤監(jiān)測。各測斜孔的最大實(shí)測位移和所在深度的對照見下表。

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從表1中可以看出：本工程的最大值為79.3mm，各個點(diǎn)的最大值比較接近，都在70-80mm之間。出現(xiàn)的位置在17-19m的位置處。說明墻體最大水平位移的位置在開挖底面上2-5m附近。

以墻體水平位移最大的CX8孔為例，分別用曲線表示出在不同開挖階段的最大變形值。分別為挖完第一層至澆筑完底板的變化曲線。如下圖3。

從圖3可以得出以下結(jié)論，位移值的隨著開挖的不斷加深，而變形量是越來越大，影響的范圍也不斷的擴(kuò)大，隨著地基強(qiáng)度的降低，從施工角度來說，基坑開挖到底時，也最為危險。在這時墊層最為關(guān)鍵，絕對不能等到土方全部挖完后在澆墊層，必須要分塊澆筑，什么地方先挖完就先澆筑這一塊，尤其是基坑的邊部位置。墊層及時能有效的減少基坑的變形。大底板也要以最快的速度跟上。

3.4、支撐軸力

根據(jù)支撐軸力的數(shù)據(jù)的分析，從支撐軸力的變化趨勢可見：

（1）第一道支撐隨著開挖深度加大，支撐的軸力明顯的逐步增加。一直到第二道支撐形成之后軸力才有一定的減少。在第二道支撐養(yǎng)護(hù)期軸力變化不明顯。

（2）隨著第二層土方的開挖，第二道支撐的軸力在明顯的增加，而第一道支撐雖然也在增加，但幅度明顯的小于第一層土方開挖時。第二道支撐也在第三道支撐形成后才逐漸穩(wěn)定。第一和第二道支撐最終都沒達(dá)到報(bào)警值。

（3）而從第三層土方開挖后，報(bào)警值不斷的出現(xiàn)，這和暴露時間過長有關(guān)。當(dāng)?shù)谌龑油练介_挖結(jié)束后，正值農(nóng)歷新年，工地放假，因而第四道支撐沒有及時跟上。導(dǎo)致軸力以及墻體報(bào)警，所以可知在土方開挖過程中快速地形成支撐是減少變形的關(guān)鍵。雖然最終在各方的努力下沒有產(chǎn)生險情，但也為我們敲響了警鐘。如果沒有把握快速形成下一道支撐就不能盲目開挖。

（4）當(dāng)?shù)谒牡乐涡纬珊螅谌垒S力的迅長的速度才得到了減緩。而此時第四道支撐軸力的增長的非常快速，快速的達(dá)到了報(bào)警值，這也和此前暴露過長有關(guān)。而此時第一、第二道支撐都還比較穩(wěn)定。而底板澆完后，所有支撐軸力都基本保持不變。

（5）在施工開挖過程中，難免會有軸力點(diǎn)位被破壞。而ZC6點(diǎn)全部點(diǎn)位都保存了下來，并且此點(diǎn)位變化量也較大，較好的反應(yīng)了當(dāng)時的情況。所以就以ZC6號點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，觀測它在不同時間段隨工況的變化情況。

結(jié)束語

分析結(jié)果顯示：通過對基坑的跟蹤監(jiān)測，使得工程能夠安全順利地進(jìn)行，為基坑工程如期竣工起到了很好的“監(jiān)護(hù)”作用，同時，也為安全生產(chǎn)提供了保障；這種監(jiān)測施工工作測量對整個工程具有不可忽視的實(shí)際指導(dǎo)意義。

[1]喬高勇，楊小冬.簡析深基坑施工監(jiān)測方案[J].工程質(zhì)量,2010.10.

[2]裘寶華，張文健，裘洪明，張榮燦，章國榮.超大深基坑施工監(jiān)測技術(shù) [J].施工技術(shù),2006.06.