關(guān)于基坑工程變形監(jiān)測(cè)關(guān)鍵要點(diǎn)技術(shù)分析研究

閆宇星

（寧夏建筑科學(xué)研究院股份有限公司，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750021）

引言

在現(xiàn)代化城市建設(shè)中，高層建筑、地鐵項(xiàng)目等工程日益增多，也使深基坑工程向著更寬、更大、更深的方向發(fā)展。深基坑工程作為國(guó)家規(guī)定的具有較大危險(xiǎn)性的工程之一，在開(kāi)挖施工過(guò)程中往往會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化、產(chǎn)生位移以及基坑內(nèi)外土體變形等情況發(fā)生，因此風(fēng)險(xiǎn)性較大，稍有不慎，不僅將危及基坑本身安全，而且會(huì)殃及臨近的建筑物、構(gòu)筑物、道路橋梁和各種地下設(shè)施，造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響往往十分嚴(yán)重。基坑監(jiān)測(cè)不到位，往往會(huì)造成重大的安全事故發(fā)生。本文主要以某酒店深基坑為例，闡述深基坑監(jiān)測(cè)的要點(diǎn)，研究基坑開(kāi)完變形的規(guī)律，供類似工程的監(jiān)測(cè)實(shí)踐參考。

一、基坑變形的影響因素

由于基坑工程安全儲(chǔ)備小，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，所以基坑工程在開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周邊建筑物的影響較大。基坑工程施工時(shí)應(yīng)在保證自身安全的同時(shí)，確保對(duì)周圍建筑物的影響最小，并盡可能保證施工的安全和順利進(jìn)行。基坑變形監(jiān)測(cè)主要包含：支護(hù)的水平和豎向位移、支撐的軸力、基坑周邊地表的沉降量、基坑周邊建筑物的沉降量、周邊管線的沉降量等。基坑變形的主要影響因素有土質(zhì)條件、支護(hù)體系、施工方法、坑邊堆載、超載等。

二、基坑工程變形監(jiān)測(cè)關(guān)鍵控制點(diǎn)技術(shù)分析

（一）監(jiān)測(cè)方案的確定

基坑豎向位移監(jiān)測(cè)采用導(dǎo)線網(wǎng)法，閉合導(dǎo)線進(jìn)行監(jiān)測(cè)。基坑監(jiān)測(cè)導(dǎo)線控制網(wǎng)，有兩個(gè)已知點(diǎn)作為高程校核點(diǎn)，每次閉合監(jiān)測(cè)后對(duì)一個(gè)已知控制點(diǎn)進(jìn)行校核。基坑支護(hù)深層土體位移，監(jiān)測(cè)采用垂直于基坑邊線，每0.5m 布置一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，連續(xù)布置5 個(gè)點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)樁后土體的豎向位移，間接反映深層土體的位移變化。錨索的監(jiān)測(cè)要求是達(dá)到錨索設(shè)計(jì)值的0.7 倍即為失效。這與錨索的設(shè)計(jì)有關(guān)。基坑設(shè)計(jì)時(shí)，要求錨索的預(yù)加力為0.75～0.90 倍的軸力設(shè)計(jì)值時(shí)，即為設(shè)計(jì)最合理的情況。錨索的鎖定值為軸力設(shè)計(jì)值的0.75～0.90 倍時(shí)，由于錨索存在應(yīng)力損失，所以在錨索變形過(guò)程中，當(dāng)錨索值達(dá)到0.75 倍的軸力設(shè)計(jì)值時(shí)，認(rèn)為此時(shí)的預(yù)加力為0.75 倍軸力，加上變形量恰好處于設(shè)計(jì)時(shí)的危險(xiǎn)狀態(tài)。

（二）基坑工程變形監(jiān)測(cè)精度

基坑工程變形監(jiān)測(cè)在確定好監(jiān)測(cè)對(duì)象及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目后，就需要確定合理的監(jiān)測(cè)精度。按照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)將變形監(jiān)測(cè)位移監(jiān)測(cè)的精度分為特等、一等、二等、三等、四等共五個(gè)等級(jí)，各等級(jí)監(jiān)測(cè)儀器及監(jiān)測(cè)方法均不同。基坑工程變形監(jiān)測(cè)精度的高低，是確定監(jiān)測(cè)儀器及監(jiān)測(cè)方法的根本依據(jù)，也直接決定著監(jiān)測(cè)結(jié)果能否起到安全預(yù)警作用、監(jiān)測(cè)成本是否合理有效，監(jiān)測(cè)精度過(guò)高，浪費(fèi)資源、降低工作效率，監(jiān)測(cè)精度過(guò)低，不能起到安全預(yù)警作用，所以監(jiān)測(cè)精度的選定是決定基坑工程變形監(jiān)測(cè)成敗的關(guān)鍵控制點(diǎn)。基坑的大小、基坑的深度不是確定監(jiān)測(cè)精度的唯一因素;基坑工程根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境對(duì)變形的適應(yīng)能力和基坑工程對(duì)結(jié)構(gòu)本身及周邊環(huán)境可能造成的危害程度的輕重劃分為三個(gè)安全等級(jí)，安全等級(jí)越高、工程重要性系數(shù)越大，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)精度等級(jí)應(yīng)越高，最終監(jiān)測(cè)等級(jí)應(yīng)依據(jù)基坑工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案和相關(guān)規(guī)范，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況等條件來(lái)確定。

（三）監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備

用于水平位移監(jiān)測(cè)的儀器是leicaTS30 全站儀，測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為±（1mm+1ppm）；用于豎向位移監(jiān)測(cè)的儀是瑞士產(chǎn)徠卡DNA003 電子水準(zhǔn)儀（標(biāo)稱精度為±0.3mm/km），2 米條形碼銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺。外業(yè)記錄由儀器自動(dòng)記錄存儲(chǔ)，觀測(cè)中超限，則提醒重測(cè)。所用測(cè)量?jī)x器均經(jīng)過(guò)檢定。

（四）深層水平位移

工程深層水平位移較大，相比之下，坑外土體位移比圍護(hù)樁位移大。基坑開(kāi)挖第一層土（約2.7m 深）時(shí)，基坑深層水平位移較小，其值為14.77mm，CX20#孔（后期因坑外加固被破壞），位于基坑?xùn)|側(cè)中部；基坑開(kāi)挖第二層土體深層位移有所增加，最大深層位移值為26.81mm，CX23#孔，深度9.5m 的位置，位于基坑?xùn)|南部位；當(dāng)基坑開(kāi)挖至底板位置時(shí)，水平位移增速較大，最大達(dá)到了64.12mm，CX23#孔，深度14.0m 的位置，位于基坑?xùn)|南角；由于基礎(chǔ)底板未澆筑，深層位移繼續(xù)增加，但幅度不大。底板澆筑完畢到拆除第二道水平支撐的時(shí)間段內(nèi)，深層位移變化不大；拆除第二道水平支撐后，深層位移又有明顯增加。

（五）基坑工程變形監(jiān)測(cè)方法

基坑工程變形監(jiān)測(cè)方法是一個(gè)系統(tǒng)工程，同一基坑工程變形監(jiān)測(cè)有多種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，同一監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有多種監(jiān)測(cè)方法。如水平位移監(jiān)測(cè)常采用視準(zhǔn)線法、全站儀極坐標(biāo)法、小角度法等;豎向位移監(jiān)測(cè)常采用幾何水準(zhǔn)法、三角高程法等;各種內(nèi)力監(jiān)測(cè)常采用安裝應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)進(jìn)行量測(cè);各種土壓力監(jiān)測(cè)常采用土壓力計(jì)量測(cè);地下水位監(jiān)測(cè)常采用水位計(jì)量測(cè)等等。監(jiān)測(cè)單位如何選定適合本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)精度、監(jiān)測(cè)條件等要求，并符合本單位實(shí)際情況(現(xiàn)有儀器設(shè)備情況、人員技術(shù)水平情況等)，且具有一定合理性、經(jīng)濟(jì)性的監(jiān)測(cè)方法尤為關(guān)鍵。結(jié)合實(shí)際變形監(jiān)測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前常用的水平位移監(jiān)測(cè)方法適用條件分析總結(jié)如下:視準(zhǔn)線法、小角度法用來(lái)測(cè)定變形體某一特定方向(譬如垂直于基坑維護(hù)體方向)的位移，優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、方法實(shí)用、實(shí)施簡(jiǎn)便、投資較少，缺點(diǎn)是不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)，受外界條件影響較大。這兩種方法監(jiān)測(cè)點(diǎn)與工作基點(diǎn)盡量要布設(shè)在一條直線上(視準(zhǔn)線法監(jiān)測(cè)點(diǎn)偏離視準(zhǔn)線的距離不宜大于20mm，小角度法監(jiān)測(cè)點(diǎn)偏離視準(zhǔn)線的角度不應(yīng)超30')，這就對(duì)場(chǎng)地要求較嚴(yán)，具有一定的局限性。前方交會(huì)法分測(cè)角交會(huì)、測(cè)邊交會(huì)、測(cè)邊角交會(huì)三種，它是利用在兩個(gè)(測(cè)邊角)或三個(gè)工作基點(diǎn)(僅測(cè)角或測(cè)邊)上對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行角度、邊長(zhǎng)或組合測(cè)量，計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。其最大優(yōu)點(diǎn)是工作基點(diǎn)布置有較大靈活性，同時(shí)觀測(cè)2 個(gè)方向的位移;缺點(diǎn)是觀測(cè)工作量較大，計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜。全站儀極坐標(biāo)法屬于邊角測(cè)量，它除具有前方交會(huì)法測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)外，觀測(cè)工作量和計(jì)算過(guò)程都相對(duì)簡(jiǎn)單，也是目前常用的水平位移監(jiān)測(cè)方法。全站儀自由設(shè)站法，只是在全站儀極坐標(biāo)法的基礎(chǔ)上在測(cè)站設(shè)置環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，每次監(jiān)測(cè)可根據(jù)當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況選擇合適位置自由設(shè)站，不直接設(shè)站在工作基點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)上，但它必須聯(lián)測(cè)3 個(gè)以上基準(zhǔn)點(diǎn)才可保障監(jiān)測(cè)精度要求，也是目前常用的水平位移監(jiān)測(cè)方法。以上幾種水平位移監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)原理都是通過(guò)測(cè)角、測(cè)距或角度距離同測(cè)，計(jì)算出變形量;用到的主要儀器有經(jīng)緯儀、測(cè)距儀或全站儀，儀器的測(cè)角、測(cè)距精度直接影響監(jiān)測(cè)精度及工作量的大小。監(jiān)測(cè)單位在選擇監(jiān)測(cè)方法時(shí)，應(yīng)首先必須滿足設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)精度要求，其次通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況調(diào)查，分析對(duì)比各種監(jiān)測(cè)方法特點(diǎn)及對(duì)本項(xiàng)目的適應(yīng)性，最后結(jié)合本單位的技術(shù)力量、儀器設(shè)備組成、以往監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，選定出一種或兩種合理易行的監(jiān)測(cè)方法。其他像豎向位移監(jiān)測(cè)、土壓力監(jiān)測(cè)、內(nèi)力監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)等均可參考以上水平位移監(jiān)測(cè)方法確定的原理進(jìn)行優(yōu)化組合，達(dá)到事半功倍的效果。

（六）設(shè)計(jì)方面

項(xiàng)目選址時(shí)應(yīng)盡量選擇地質(zhì)條件比較好的地段，盡量避開(kāi)軟土、凍土、濕陷性黃土、膨脹土等不良地質(zhì)地區(qū)。在實(shí)際施工過(guò)程中，很多情況下實(shí)在不可避免在地質(zhì)條件較差的地段進(jìn)行基坑開(kāi)挖，此時(shí)應(yīng)采取合理的地基處理方法，如置換法、排水固結(jié)法、灌漿法、加筋法、托換技術(shù)等，以此提高土體的抗剪強(qiáng)度，降低土體的壓縮性和滲透性，改善土的動(dòng)力性能，提高地基承載力。在施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)基坑開(kāi)挖過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)，通過(guò)一定的技術(shù)手段盡量減少基坑工程的變形量，確保工程的順利進(jìn)行和周邊建筑物的安全和正常使用，盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。基坑開(kāi)挖期間，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形可能引起周邊土體下沉，所以通過(guò)對(duì)周邊地表的監(jiān)測(cè)可以判斷基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響。在地下結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，采用混凝土澆筑回填至支撐位置再分塊切割支撐，可實(shí)現(xiàn)將圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行換撐的效果，因此支撐拆除過(guò)程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊地表變形較小。

（七）觀測(cè)墩的制作

觀測(cè)墩的制作是監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵步驟。觀測(cè)墩能夠反映出支護(hù)樁的水平位移和豎向位移。觀測(cè)墩的關(guān)鍵是用鋼筋頭部的沖擊鉆鉆出方便豎向位移觀測(cè)銦鋼尺的底座直立的1～2mm 小孔。

（八）監(jiān)測(cè)建議

通過(guò)對(duì)工程基坑的監(jiān)測(cè)，可發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，圍護(hù)樁深層水平位移、支撐軸力等均超過(guò)設(shè)計(jì)報(bào)警值。因坑底隆起而引起的立柱上浮非常明顯，圍護(hù)樁也是普遍上浮。坑外土體深層水平位移較大，超過(guò)報(bào)警值。深層水平位移最大值均出現(xiàn)在坑底標(biāo)高±2.0m 范圍內(nèi)。在降水期間，坑外微承壓水水位下降明顯，說(shuō)明止水帷幕沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的止水效果。基坑周邊房屋、道路及管線沉降很大，超過(guò)報(bào)警值許多。建議在基坑施工過(guò)程中，應(yīng)注意保護(hù)好監(jiān)測(cè)點(diǎn)（孔），以免數(shù)據(jù)脫節(jié)，影響對(duì)基坑狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)；基坑在降水過(guò)程中，應(yīng)做到按需降水，只要保證水位下降到開(kāi)挖面以下約1.0m 即可，在開(kāi)挖深度較淺時(shí)，不必將抽水泵放到降水井底，以免因抽水過(guò)多而引起的周邊環(huán)境的下沉；開(kāi)挖到底后，應(yīng)加緊墊層和基礎(chǔ)底板施工，在底板施工后，基坑本身的變形速率以及周邊環(huán)境的變形速率就會(huì)明顯減小；基坑支撐拆除前，換撐應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可以考慮先回填部分土體，以減少拆撐時(shí)圍護(hù)樁應(yīng)力釋放而帶來(lái)的基坑及周邊環(huán)境變形。

結(jié)語(yǔ)

基坑工程變形監(jiān)測(cè)屬于精密測(cè)量范疇，要獲得準(zhǔn)確、有效的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)精度及監(jiān)測(cè)方法的確定至關(guān)重要;要最大意義地發(fā)揮監(jiān)測(cè)本身的作用、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析、客觀真實(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)論是關(guān)鍵。隨著監(jiān)測(cè)儀器、監(jiān)測(cè)方法向自動(dòng)化、信息化方向發(fā)展，監(jiān)測(cè)效率和監(jiān)測(cè)精度都得到長(zhǎng)足的進(jìn)步，但監(jiān)測(cè)原理及監(jiān)測(cè)關(guān)鍵控制點(diǎn)仍然不變。