變形監(jiān)測技術在基坑施工中的應用分析

徐吉偉

（中交第三航務工程局有限公司南京分公司,江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著城市建設的不斷推進和土地資源利用的加大，基坑工程作為一種常見的土木工程形式，在城市建設中扮演著重要角色。然而，基坑施工過程中由于土體力學行為的復雜性和土地資源的局限性，基坑的變形問題一直是工程設計與施工中面臨的挑戰(zhàn)之一。因此，如何有效監(jiān)測和控制基坑變形成為當前研究的重點。該文依托南航國際創(chuàng)新港總部一期工程，開展變形監(jiān)測技術在基坑施工中的應用分析，以期提升基坑施工的穩(wěn)定性與安全性。

1 工程概況

1.1 總體概況

該項目為南航國際創(chuàng)新港總部一期工程，分為3#、4#地塊，基坑開挖面積約為55 000 m2，支護周長約1 440 m，地下室底板厚度為500 mm，承臺厚度為900～2 000 mm，考慮150 厚墊層，基坑開挖面標高為2.05～5.65 m，基坑挖深為2.8～6.4 m。

1.2 支護形式

基坑PP'QABCDD'E 采用天然放坡作為支護結構體系；基坑其余段采用“上部天然放坡+下部鋼板樁”的支護結構體系。

2 基坑變形監(jiān)測實施方案

2.1 監(jiān)測項目

根據(jù)工程的支護形式以及設計要求等，最終確定具體監(jiān)測項目如表1 所示。

表1 監(jiān)測項目匯總表

2.2 報警值設置

根據(jù)設計要求、監(jiān)測相關規(guī)范以及周邊環(huán)境中被保護對象的控制要求，綜合確定項目監(jiān)測報警值如表2所示。

表2 監(jiān)測項目報警值

2.3 監(jiān)測控制網(wǎng)

2.3.1 平面控制網(wǎng)

在基坑外側穩(wěn)定、安全的地方，布設多個平面基準方向點，距離基坑邊線大于3 倍基坑深度，基準點PMKZ1、2、3 布設于遠離基坑的建筑物樓頂房角，在基坑拐角內布設4 個工作基點，編號為PMJZ1-PMJZ4，采用多點后方交會法對工作基準進行校核。

2.3.2 高程控制網(wǎng)

根據(jù)現(xiàn)場初步踏勘情況，在遠離基坑外布設3 個高程基準點，均布布設在遠離基坑且不在監(jiān)測范圍內的房屋主體上。在基坑周邊施工影響范圍之外、相對穩(wěn)定且易于保存的區(qū)域，布設3 個工作基點，編號為SP1-SP3。

2.4 監(jiān)測點布設

2.4.1 坡頂水平與豎向位移測點

（1）測點布置。頂部水平位移與豎向位移采用同點，監(jiān)測點布設于基坑監(jiān)測豎向受力構件上部，布設間距約20 m。

（2）測點埋設。坡頂軟土地面采用擊入Ф18、長度800 mm 的鋼筋頭，然后用C25 混凝土澆筑保護墩。

2.4.2 深層水平位移監(jiān)測

（1）布置要求。根據(jù)規(guī)范規(guī)定及設計要求，深層水平位移測點沿基坑邊間隔20～60 m 左右布設，兼顧基坑中部、陽角部位、荷載較大部位等特殊位置。埋設于支護樁外側土體中，深度為15 m。

（2）埋設方法。土體測斜管的埋設要求：在距圍護結構1.5 m 位置處鉆孔，孔徑略大于測斜管外徑，外徑Φ70、鉆孔內徑Φ108 的孔較為合適。鉆孔完畢后，將在地面連接好的測斜管放入孔內，測斜管與鉆孔之間的空隙選用細砂或水泥與膨潤土拌和的灰漿進行回填。

2.4.3 地下水位監(jiān)測

（1）布置要求。根據(jù)設計圖紙要求，基坑每條邊設置一口水位觀測井，埋設于坡頂外側土體中，水位管深度約10 m。

（2）埋設方法。水位管的埋設要求：鉆孔直徑不小于100 mm，選用外徑為φ53 mmPVC 管，管身全部設置濾管，以利于水滲透。鉆孔完成后，對濾管深度范圍采用綠豆砂進行回填，水位管在管口處做一個凹槽，深30 cm，長寬30 cm×30 cm，用磚漿砌內壁，上面蓋一片鋼板或木板。測量時將鋼板或木板移開，測量完畢后將鋼板或木板放回凹槽。現(xiàn)場若水位孔處地面硬化到位，則可以選擇專用的鐵制水位孔保護蓋。

2.4.4 周邊地表豎向位移

臨近基坑道路間隔約20～25 m，沿管線間隔約15～25 m，軟土地面測點利用螺紋鋼筋直接打入地表約50 cm。硬化地表或路面使用水鉆鉆洞穿透硬殼層，采用長鉆頭將硬殼層下部的路基穿透，鉆頭直徑需大于螺紋鋼筋（直徑20 mm、長1 000 mm）直徑，將螺紋鋼筋夯實于軟土層，鋼筋頂端低于孔口約20 mm，用黃沙填至地表下約30 mm。

2.4.5 周邊樁基沉降監(jiān)測

（1）布置要求。共布設54 個樁基沉降觀測點，布設在東南角樁基上。

（2）埋設方法。利用電鉆打孔預埋于待測樁基的對應位置。

2.4.6 錨桿內力、鋼支撐軸力監(jiān)測

（1）錨桿內力。預應力錨桿軸力計安裝時，錨索計和錨頭穿過鋼絞線，然后安裝張拉機具和錨具，張拉前對錨索計位置進行校驗，使錨索計中心軸線與錨桿桿筋軸線重合，偏斜≤0.5°，偏心≤5 mm。確認合格后，開始預緊和張拉，張拉順序與工程錨桿相同。張拉鎖定后，將錨索計的數(shù)據(jù)線用PVC 管（或采取別的有效措施）進行保護并綁牢，引導至方便測讀的地方，在導線尾部做好標識，注明應力計的編號及應力計在錨頭的位置。根據(jù)現(xiàn)場情況做好保護措施[1]。

（2）鋼支撐反力計。鋼支撐每個測點位置安裝1 個反力計，反力計在鋼管支撐安裝前焊接在支撐上。安裝過程必須注意軸力計和鋼支撐軸線在一條直線上，確保鋼支撐受力狀態(tài)通過軸力計（反力計）正常傳遞到支護結構上。在鋼支撐吊裝前，為防止損傷電纜，應將軸力計的電纜妥善地綁在安裝架的兩翅膀內側。

3 監(jiān)測結果分析

基坑監(jiān)測工作始于2023 年7 月26 日，當前3#、4#地塊土層基坑支護施工已全部完成。其中，4#地塊已全部開挖，3#地塊土層尚未開挖。該文主要對4#地塊自基坑開始開挖至基坑開挖結束的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，重點研究邊坡頂部水平、豎向位移、土體深層水平位移、周邊建筑環(huán)境豎向位移隨時間的變化規(guī)律[2]。

3.1 邊坡頂部水平位移

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制邊坡頂部水平位移變化圖如圖1 所示。

圖1 邊坡頂部水平位移變化圖

圖1 中邊坡頂部水平位移變化規(guī)律顯示，在開挖初期，坡頂水平位移較小。這是因為支護結構提供了一定的支撐，穩(wěn)定了邊坡的狀態(tài)。隨著基坑繼續(xù)開挖，坡頂水平位移會逐漸增加。因為在開挖過程中，土體受到剪切破壞和應力釋放的影響，失去了支撐力，從而導致位移的增加。其中，在開挖的第10 d 至第15 d 內，坡頂水平位移變化速率有一個快速增長期。而后，臨近開挖結束時，坡頂水平位移發(fā)展逐漸平穩(wěn)。監(jiān)測結果顯示，坡頂水平位移最大值為8.6 mm，在測點D35 處，遠遠小于該文設置的報警值40 mm。

3.2 邊坡頂部豎向位移

繪制邊坡頂部豎向位移變化圖如圖2 所示。

圖2 邊坡頂部豎向位移變化圖

由圖2 可知，在基坑剛開始開挖時，邊坡表面接觸的土體受到的應力較大，坡頂豎向位移相對較小。隨著基坑的開挖深度增加，邊坡表面接觸的土體受到的應力逐漸減小，土體開始發(fā)生松動和沉降，導致坡頂豎向位移增加。在開挖后期，支護結構提供的支撐作用使得坡頂豎向位移變化逐漸減小，最終趨于平穩(wěn)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，坡頂豎向位移累計最大變形值為7.02 mm，仍然未達報警值40 mm，且最大值依舊出現(xiàn)在測點D35 處。

3.3 深層水平位移

由于深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)量龐大，該文僅選取 CX20測點的數(shù)據(jù)進行分析。

觀察圖3 可知，土體深層水平位移隨著基坑的持續(xù)開挖而逐漸增大，后期平穩(wěn)發(fā)展至逐漸收斂。在土體縱向方向上，深層水平位移沿著深度方向呈遞減趨勢。CX20 的深層水平位移累計最大值為4.99 mm，發(fā)生在0.5 m深度處，未達設計報警值60 mm。

圖3 深層水平位移變化圖

3.4 周邊建筑環(huán)境豎向位移

基坑周邊環(huán)境包括周邊建筑、圍墻、道路、管道等，該文主要對周邊道路豎向位移和周邊管線豎向位移進行分析。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制最大累計沉降量變化圖如圖4所示。

圖4 周邊建筑最大累積沉降變化圖

觀察圖4 可知，自開挖第10 d 開始，周邊道路和管線才開始出現(xiàn)沉降，且二者沉降累積量皆呈現(xiàn)出隨基坑開挖而逐漸增大的變化規(guī)律。其中，周邊道路最大沉降累積量為14.76 mm，周邊管線最大沉降累積量為5.06 mm，二者皆未超過設置的報警值。

4 結語

（1）通過實時、準確地監(jiān)測和評估基坑的變形情況，可以有效預測和控制基坑工程中可能發(fā)生的變形問題，提高施工過程的安全性和穩(wěn)定性。不僅可以避免因基坑變形引發(fā)的事故與工程質量問題，還有助于優(yōu)化施工方案，合理利用土地資源，提高工程的經(jīng)濟效益。

（2）該文以南航國際創(chuàng)新港總部一期工程為例，對其3#、4#地塊開展了基坑變形監(jiān)測工作。其中4#地塊的變形監(jiān)測結果顯示，邊坡頂部水平、豎向位移、深層水平位移、周邊建筑環(huán)境豎向位移皆未超過該文設置的報警值，由此可見在該工程的支護結構下，基坑變形穩(wěn)定，滿足規(guī)范和設計要求。