施工中的深基坑變形觀測與控制分析

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【摘? 要】本文先介紹了深基坑變形機理研究并突出深基坑工程變形監(jiān)測意義，在此基礎(chǔ)上論證影響基坑變形的主要因素，提出施工中的深基坑變形觀測與控制的要點。

【關(guān)鍵詞】施工;深基坑變形;觀測

1深基坑變形機理研究

基坑支護結(jié)構(gòu)除滿足強度要求外，還需滿足變形要求，即設(shè)計由變形控制。基坑工程的變形主要由圍護結(jié)構(gòu)位移、周圍地表沉降及基坑底部土體隆起三部分組成。深基坑開挖過程中，開挖面上因土體開挖而卸載，因此引起基坑底部土體產(chǎn)生以向上為主的位移，圍護結(jié)構(gòu)在兩側(cè)壓力差作用下產(chǎn)生向基坑內(nèi)的水平位移和相應的土體變形，而周圍地表沉降主要來自坑底土體隆起和圍護結(jié)構(gòu)位移。這三者之問存在藕合關(guān)系，影響基坑變形的因素很復雜。1990年，Clough對深基坑開挖引致的變形進行了較全面的研究，他將深基坑變形分為兩種：一種是基坑開挖和支撐的基本過程引起的變形;另一種則是由于相關(guān)的施工活動如墻體的施工、基礎(chǔ)的施工或支撐的拆除等引起的變形。他認為只考慮引起變形的主要原因，就能將變形的預測限制在較合理的范圍內(nèi)。

2 深基坑工程變形監(jiān)測意義

深基坑工程施工是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是勞動安全與社會公共安全監(jiān)管的重點。全國各地基坑安全事故造成了嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。目前，國內(nèi)工程界對基坑工程事故多發(fā)的原因有著較為一致的認識。基坑工程活動面對的是歷經(jīng)千百萬年地質(zhì)歷史形成的物理力學性狀極為復雜，不同地域條件下又千差萬別的巖土工程類材料，而基坑工程設(shè)計卻是基于有限點位上巖土勘察報告取得的土性參數(shù)進行的，存在著較多的不確定性;另外，指導施工的國家、行業(yè)技術(shù)規(guī)程是基于全國范圍內(nèi)的典型案例建立的，未必完全適用于工程所在地的工程地質(zhì)背景。對于基坑工程來說，設(shè)計是基于對巖土物理力學性狀不完備的認識完成的，施工中又經(jīng)常遇到市政管網(wǎng)漏水、暴雨突襲、地面超載等多種偶然因素的影響，這是基坑工程事故高發(fā)的直接原因。土木工程施工的其它環(huán)節(jié)一般不存在如基坑施工這樣的知識不完備性和由此導致的潛在危險性。

3影響基坑變形的主要因素

3.1坑底土體隆起

坑底隆起是垂自向卸載而改變坑底土體原始應力狀態(tài)的反應，在開挖深度不大時，坑底土體在卸載后發(fā)生垂自的彈性隆起。當圍護墻底下為清孔良好的原狀土或注漿加固土體時，圍護墻隨土體回彈而抬高。隨著開挖深度增加，基坑內(nèi)外的土而高差不斷增大，當開挖到一定深度，基坑內(nèi)外而高差所形成的加載和地而各種超載的作用，就會使圍護墻外側(cè)土體產(chǎn)生向基坑內(nèi)的移動，使基坑坑底產(chǎn)生向上的塑性隆起，同時在基坑周圍產(chǎn)生很大的塑性區(qū)，并引起地而沉降。

3.2圍護墻位移

圍護墻墻體變形從水平向改變基坑外圍土體的原始應力狀態(tài)而引起地層移動。基坑開挖后，圍護墻便開始受力。在基坑內(nèi)側(cè)卸去原有的土壓力時，在墻外側(cè)則受到主動土壓力，而在坑底的墻內(nèi)側(cè)則受到全部或部分的被動土壓力。

4施工中的深基坑變形觀測與控制分析

4.1基坑工程變形監(jiān)測項目分級

為使基坑開挖工作順利進行，及時了解周圍建筑物和道路的變形情況，驗證圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量，對基坑開挖過程進行動態(tài)監(jiān)測，以便在偶然或突發(fā)的情況下及時反饋信息并采取必要補救措施，確保基坑的安全。不同的國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)程是根據(jù)不同的經(jīng)驗背景編制的，在實際應用中都發(fā)揮了重要作用，但同時產(chǎn)生了一些問題，主要是兩方面：①監(jiān)測項目過多，變形監(jiān)測成本過高，業(yè)主難以承受;②規(guī)范、規(guī)程規(guī)定的監(jiān)測項目不盡合理，一些強制性監(jiān)測項目對工程安全并不具有決定性影響。結(jié)合深基坑工程實踐，根據(jù)基坑工程結(jié)構(gòu)破壞后果嚴重程度，將基坑劃分為三級：當破壞后果“很嚴重”時確定為一級;當破壞后果“嚴重”時確定為二級;當破壞后果“不嚴重”時可確定為三級。

4.2嚴格布置觀察點控制

做好幾方面的觀測點監(jiān)測要求。第一，監(jiān)測方法。基坑坡頂?shù)某两滴灰朴^測采用DS02水準儀配合銦瓦合金標尺光學測微法往返測定高差，根據(jù)基準點與變形監(jiān)測點的相對位置關(guān)系布設(shè)成附合或閉合水準路線。水平位移可采用基準線法進行，將全站儀設(shè)于基準點上，用另一端基準點定向后，第三點輔助檢核，分別量取各觀測點與基準點的垂直距離，即可得各觀測點的水平位移值，數(shù)據(jù)應精確到mm。測量時必須在基本相同的環(huán)境條件下由固定的專職人員按照相同的觀測線路和方法，采用相同的儀器設(shè)備進行觀測，并形成記錄。第二，監(jiān)測頻率。自基坑開挖起進行監(jiān)測，監(jiān)測頻度每兩天一次，逢下雨、爆破、變形速率異常等特殊情況應加密監(jiān)測頻度，基坑工程回填完畢可結(jié)束監(jiān)測。坡頂?shù)乇砦灰票O(jiān)測、周邊建筑物沉降觀測，基坑工程施工期間，每兩天監(jiān)測一次，并根據(jù)施工進度適當調(diào)整。基坑變形監(jiān)測的測量等級為三等，精度要求如下：①垂直位移測量時，變形點的高程中誤差不超過±1.0mm，相鄰變形點高差中誤差不超過±0.5 mm;②水平位移測量時，變形點的點位中誤差不超過±6.0 mm。第三，監(jiān)測報警值。變形速率預警值為：開挖支護過程中，連續(xù)每天變形速度大于5 mm/d;開挖至坑底后，連續(xù)每天變形速度大于2 mm/d。當水平位移、沉降達到安全值或12h內(nèi)位移超過5 mm時，應及時通知設(shè)計人員，并同時報告業(yè)主和監(jiān)理工程師。要加密觀測，同時進行基坑周圍巡回目測。在出現(xiàn)裂縫的位置灌注水泥漿，以便觀察裂縫的發(fā)展情況。基坑變形報警值分別為：坡頂水平位移30 mm，邊坡墻體水平位移50 mm，坡頂豎向位移30 mm。

4.3深基坑變形控制措施

第一，先期預控。首先根據(jù)工程實際類型和特點以及相關(guān)工程經(jīng)驗，確定基坑支護結(jié)構(gòu)及周圍地層變形的控制目標，對基坑進行變形分析，將預測的變形與控制目標對比，如果預測的變形超出控制目標，則對支護結(jié)構(gòu)設(shè)計進行調(diào)整，或是采取地基加固措施，自到滿足變形控制要求。根據(jù)工程的特點及變形控制目標設(shè)計詳細的施工方案及監(jiān)測方案。施工方案設(shè)計時，不僅要確定合理的開挖與支撐順序、挖土參數(shù)（分層厚度、分段長度、開挖與支撐時間等）、安全措施等，還要充分考慮施工中可能出現(xiàn)的不利影響因素或險情，做好技術(shù)保障措施，保證在出現(xiàn)險情時能夠及時采取措施制止。制定監(jiān)測方案時，對預測變形較大的部位要進行加密觀測。

第二，優(yōu)化深基坑地下水治理措施。基坑開挖前一個月左右，需要設(shè)置坑內(nèi)井點降低地下水位并加以排除，使坑內(nèi)上體通過排水固結(jié)達到一定強度，從而提高坑內(nèi)上體的水平抗力，減少基坑的變形量，增強基坑穩(wěn)定性，減少坑底上體的隆起。基坑降水以不影響臨近建筑物和地下管線的安全為原則，為此在坑內(nèi)外設(shè)置足夠的觀察孔，并在坑外設(shè)地而沉降觀察點和回灌井，必要時應采取回灌措施，確保防止因圍護墻滲漏水而使坑外四周的地下水位也下降，造成對其坑周邊的管線、道路及建筑物的破壞。如需抽降承壓水，要嚴格控制承壓水的抽降時間與抽降深度，底板硅施工完畢的地段隨即停止抽水。承壓水抽降高度應根據(jù)觀測井內(nèi)測得的承壓水位來確定。

總之，深基坑變形的允許值國內(nèi)以前沒有統(tǒng)一的標準，各地區(qū)在工程實踐中都是結(jié)合各自地區(qū)經(jīng)驗和具體問題來確定。我們作為測繪工作人員要嚴格按照當?shù)氐囊?guī)定并結(jié)合實踐經(jīng)驗來做好觀測及控制工作，保障地方的安全。

參考文獻：

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[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50497- 2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范【S】.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009

（作者單位：廣西壯族自治區(qū)玉林市勘察測繪設(shè)計研究院）