深基坑開挖施工監測技術

郭景全 李文華

摘要：結合某城市快速路工程地下通道所采用的深基坑動態監測手段，介紹了基坑開挖施工各監測項目的測點布設、觀測方法及監測數據的分析，總結了深基坑開挖安全監控的幾條原則，即制定完整的監測方案、合理布置監測點、盡量選用先進的監測儀器、及時處理監測數據等，以期對深基坑變形監測起到一定的參考和指導作用。

關鍵詞：深基坑；開挖；施工監測；數據分析

中圖分類號：U456.3 文獻標志碼：B

Abstract： Combined with the dynamic monitoring method applied in the deep foundation pit excavation of the underground passage of an urban expressway project， the observation spot setting， observation methods and observation data analysis were introduced. Several rules which should be followed while conducting safety monitoring on excavation of deep foundation pit were concluded， which include making a complete monitoring plan， setting rational observation spots， trying to use advanced monitoring instrument and processing observation data in time.

Key words： deep foundation pit； excavation； construction monitoring； data analysis

0 引 言

隨著社會的快速發展，城市的地上空間越來越少，地下空間越來越多地得到利用，從而帶來了深基坑工程的快速發展。深基坑在開挖過程中必然會產生變形，基坑變形監測就是在深基坑施工過程中，通過在關鍵位置布置監測點，使用先進的監測儀器對基坑支護結構、基坑周圍的土體及相鄰的構筑物進行全面、系統的測量和分析，使基坑工程處于安全、穩定狀態，確保工程順利進行[1]。深基坑開挖支護結構從構筑到退出工作，其工作狀況是不斷變化的；因此，需要通過對現場工況進行監測，利用其反饋的信息和數據，及時進行分析計算。這樣一方面可以及時采取技術措施防止重大工程事故發生，另一方面可為類似地區類似地質條件下深基坑開挖工程提供一些參考[2]。

1 工程概況

某城市快速路工程地下通道起點樁號K2+470，終點樁號K3+525.727，全長1 055.727 m。道路斷面型式為地道快速路+地面輔道，地道主線標準段雙向六車道。其中快速路主線地道段起訖里程K2+470～K3+245，共775 m。

圍護結構的形式為：主體結構基坑開挖深度基本為8～12 m，圍護結構采用SMW工法樁及鉆孔灌注樁形式，基坑開挖時圍護結構的支撐體系采用內支撐，沿基坑縱向每4 m設一道鋼支撐，根據基坑深度不同設置1～3道鋼管支撐（泵站處4道支撐），鋼圍檁縱向聯系，采用明挖順筑法施工。

場地土層主要為粘性土和粉（砂）性土，屬弱透水層，擬建場地淺部地下水類型為潛水，賦存于淺部粘性土層和粉（砂）土層中，其補給來源主要為大氣降水與地表涇流，地下水位隨季節、氣候及潮汐作用變化，具體如表1所示。

2 監測項目和監測目的

根據規范要求并結合本工程開挖深度及水文地質情況，明挖基坑區建立了以下幾項觀測項目。

（1） 圍護結構深層水平位移：通過測量深層土體地基土的側向水平位移變化情況，判斷深層土體是否穩定，預測深層土體滑動趨勢。

（2） 圍護樁樁頂水平位移及沉降：監測基坑開挖過程中圍護樁樁頂的水平位移及沉降變化。

（3） 支撐軸力：監測支撐在施工過程中的受力變化情況，掌握支撐結構的安全度。

（4） 地下水位：監測基坑坑內降水效果和圍護咬合樁的止水效果，控制降水速度，防止地面沉降，保護周圍建筑物。

（5） 坑底隆起：監測深層土體在垂直位移或開挖過程中坑底土體的隆起變形。

（6） 建筑物沉降與傾斜：監測基坑施工過程中周圍建筑物的安全性。

（7） 管線位移及沉降：監測基坑施工過程中周邊地下管線的變形情況。

3 測點布置

各監測斷面測點布置如圖1所示。

4 觀測點埋設及量測方法

圍護結構沉降觀測和表面水平位移觀測的監測點是在壓頂梁或圈梁上埋設鋼筋布置，其中圍護結構沉降采用精密水準測量的方法進行觀測，而水平位移采用架設在觀測墩上的全站儀觀測。

圍護結構深層水平位移觀測的監測點埋設：SMW工法樁為鉆孔埋入PVC測斜管；鉆孔灌注樁將PVC測斜管綁扎在鋼筋籠主筋上，并在孔內注入清水后封蓋，孔深20 m且進入第5層不少于2 m。測斜儀測頭以其導輪沿著測斜導管的導槽升降或提升。位移差值為正向讀數與負向讀數之差；差值變化量為本次差值與初始差值之差。

支撐軸力觀測是通過將弦式鋼筋計（帶測溫補償）在施加預應力之前焊在支撐上，然后焊上10槽鋼加以保護。支撐加上之后，測量其初讀數。支撐軸力P=K（f2i-f20）+bΔT。其中，K為靈敏度系數（kN·Hz-2）；f0為鋼筋計的初始頻率；fi為鋼筋計工作頻率值；b為溫度修正系數（MPa·℃-1）；ΔT為相對基準值的溫度變化量（℃）。

地下水位觀測是將水位管鉆孔埋入需測水位的土層中，用水位測量儀測出初讀數。endprint

坑底隆起觀測是通過在基坑坑底土體內埋設測試鋼板，應用精密水準測量法測量鋼板的豎向位移值，從而確定基坑內坑底土回彈值[3]。

建筑物沉降、傾斜觀測是在基坑深度的2～3倍影響范圍內的建筑物靠近通道側轉角處布置沉降測點，并且在側面布置建筑物傾斜測量的測點，房屋沉降使用精密水準測量，房屋傾斜角測量通過經緯儀投點法進行測量[4-5]。

管線位移及沉降是通過將測釘固定在管線表面，并延伸到地面下10 cm，使用精密水準測量進行觀測。各監測項目所用儀器和精度如表2所示。

另外，在開挖過程中安排專人巡視，查看坑壁水跡、坑周是否有裂縫產生等；對基坑開挖有影響的建筑物，用數碼相機或攝像機對已有的裂縫等表觀特征進行拍照或錄像，開挖結束后進行對比分析[6]。

5 觀測頻率及報警值

5.1 觀測頻率

各測點的測試頻率按一級基坑確定。具體每個項目的監測頻率如表3所示。

另外，在出現暴雨或報警等情況下進行加密監測，甚至對個別監測項目進行連續跟蹤監測。

5.2 報警值

依據規范有關規定及地下管線主管單位和設計單位提出的要求，以及工程施工可行性要求，對各監測對象提出如下報警值。

（1） 圍護樁樁頂的沉降：圍護樁樁頂最大沉降為2 cm。

（2） 圍護樁樁頂的位移：圍護樁樁頂最大位移為0.5%挖深。

（3） 坑周地表沉降：坑周地表沉降變化率為2 mm·d-1，地面最大沉降量為30 mm。

（4） 坑底水位：坑內降水導致坑外水位降低的變化率最大為500 mm·d-1，或者累計達到1 000 mm；坑底水位高于設計值達到1 000 mm。

（5） 建筑物體沉降與傾斜：建筑物體沉降變化率達到2 mm·d-1，或建筑物體最大沉降量為20 mm，或建筑物差異沉降達到1/1 000。

（6） 供水管線變位：沉降和水平位移為10 mm，變形速率為1 mm·d-1，如果超過此限度立即報警。

（7） 其他監測項目的報警由數據的變化率確定。

6 監測資料的收集與分析

6.1 監測實施

針對本工程監測的特點，成立了由6人組成的專業監測小組，其中3人具備測量、土力學、結構力學、鋼筋混凝土結構、計算機等方面的知識，組長負責工程監測計劃、組織及監測質量的審核。

數據采集嚴格按上述觀測頻率定人、定期并及時認真地進行觀測，每天采集的數據當天完成整理，校核各項原始記錄，對應各種變形值，按時間逐點填寫觀測數值表，繪制各種變形過程線以及變形分布圖[7]。

監測小組每天對圍護結構進行安全性評價以及土體穩定性評價。

6.2 監測數據分析

對K2+550、K2+650兩個斷面，從基坑開挖至鋼筋混凝土底板完成后，每天采集監測數據。結果顯示，這兩個斷面各觀測項目的數據變化量均較小，開挖過程中無異常突變發生，累計趨于穩定，各觀測項目隨時間的變化曲線如圖2～4所示。

7 結 語

本項目基坑從土方開挖開始，整個施工過程中各項監測數據表明，基坑未出現異常情況，測值均在正常范圍內。深基坑開挖是個動態過程，與之有關的影響也是動態的，因此加強在施工過程中的監測，有助于快速反饋施工信息，以便及時發現問題并采用最優的工程對策。對于深基坑開挖安全監控，要嚴格遵守幾條原則：“定儀器、定人、定時間”原則；觀測路線、程序、方法固定原則；觀測資料及時整理，并及時反饋監測信息；嚴格遵守“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的開挖原則；嚴格控制地下水位；嚴格控制開挖速率；便道兩側不宜堆放過多荷載；盡量減少便道上過往的重型車輛；雨期挖土時，做好降水、排水工作，并定時檢查坑壁土體情況。

參考文獻：

[1] 姚黔貴.城市深基坑變形監測的實施[J].貴州工業大學學報，2005，34（2）：96-99.

[2] 陳忠漢，黃書秩，程麗萍.深基坑工程[M].第二版.北京：機械工業出版社，1999.

[3] 張 昆.深基坑施工引起周圍土體位移監測分析[D].成都：西南交通大學，2005.

[4] 黃秋林，邱冬煒，等.深基坑變形監測及數據處理[J].山西建筑，2005，31（l）：67-68.

[5] 王正曉，劉保信.深基坑變形監測淺析[J].測繪通報，2000（6）：21-23.

[6] 黃志全，李小慧，孫 怡，等.復合支護下深基坑的變形破壞和支護結構受力演化過程分析[J].建筑科技與工程學報，2015，32（3）：74-80.

[7] 樓 楠.深基坑工程的綜合監測與安全預報[D].鄭州：中國人民解放軍信息工程大學，2007.

[責任編輯：王玉玲]endprint