深大基坑的監測方案及數據分析研究

冀華，劉剛，劉雪穎

（1.青島地礦巖土工程有限公司，山東 青島 266000；2.劉世安創新工作室，山東 青島 266000；3.自然資源部濱海城市地下空間地質安全重點實驗室，山東 青島 266000；4.青島海泰達基礎建設工程有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

深基坑工程是一項綜合性較強的工程，同時也涉及非常復雜的巖土相關問題，一方面涉及土的強度與穩定性的典型問題，另一方面也存在擾動和變形的問題。同時，深基坑工程又涉及土與支護結構的共同作用及施工過程[1-3]。隨著社會經濟的發展，深基坑工程的深度不斷增大，對變形要求也更為嚴格[4-6]。在基坑開挖過程中，如何合理地選擇適應性更強、準確度更高的監測方案是獲取有效監測數據的基礎。國內外許多學者也對此進行了研究：陳啟帆[7]通過對某建設工程的監測設備、方案進行數據分析后，獲得了針對高層住宅建筑的最優監測方案。鐘志勇[8]基于有限元模擬對開挖基坑的受力變形進行了分析，從水平變形、豎向變形等多方面給出了變形規律分析。張秦軍[9]針對富水砂層條件下的基坑工程，獲得了相關基坑變形趨勢。孫正旺[10]基于BIM 技術對深基坑的監測方法進行了創新，繼而將深基坑的自動監測與BIM 智能化處理相結合，為深基坑的施工提供安全技術保障。王磊[11]針對深基坑監測項目，積極運用自動化監測技術，對比分析了三種常用自動化監測技術——全站儀監測技術、3D 激光掃描監測技術和光纖傳感監測技術，提出了針對深基坑工程更為適用的自動化監測技術。韓超等[12]針對深基坑的深層水平位移，運用對比對照獲得了全站儀測量與實際監測值的誤差累計，并對誤差進行了分析，以期通過誤差修正方式獲得更為準確的深層水平位移，為深基坑的施工提供指導數據。藍占望[13]通過對軟土環境下的深基坑的監測數據進行分析，獲得了針對不利情況下的施工處理措施，也為高難度基坑工程的監測控制值提供了一定的參考。鐘春霞[14]通過對深基坑監測數值的分析給出了更為合理的監測手段，及時反饋監測數據以保證施工的有效開展和安全推進。

本文基于萬科南北康B-6 地塊房地產開發項目的深大基坑開挖，該基坑深度大，開挖范圍廣，且臨近較多既有建構筑物及地下管線，整個基坑內存在較厚的第四系土層，通過對本基坑坡頂水平位移和深層水平位移的監測方案及獲得的監測數據進行研究，給出針對深大基坑的監測方案，通過相關數據對比，確定深大基坑的最優控制值，這也為后續類似工程提供了參考依據，有著重要的工程意義。

1 工程概況

擬建萬科南北康B-6 地塊工程位于濟南市市中區省道S103線以西，規劃建設B-5 地塊以南，B-13 地塊以東。擬建建筑物包括57、34F 超高層辦公樓，16、22F 辦公塔樓，12F 公寓樓和3 ～4F 購物中心，整體設地下5 層作為地下車庫。本基坑大體呈平行四邊形分布，基坑東西寬最大約187.0m，南北長最大約196.6m，支護段總長度約787.2m。該基坑工程的開挖深度大，距離建筑用地紅線較近，基坑周邊環境復雜，對變形要求較為嚴格，綜合確定該基坑支護安全等級為一級，基坑的設計使用年限為22 個月。

基坑場地位于濟南市市中區興隆山西側，為山前傾斜平原地貌單元，地勢較高，整體呈東高西低走勢。場地內局部堆填較多建筑垃圾及渣土，第四系土層總厚度約為19.0 ～28.0m，基坑東側基底以上中風化灰巖厚約3.0 ～ 6.0m，西側基底以下第四系厚度約6.0 ～10.0m ；地下水主要為巖溶裂隙水，水位埋深27.60 ～34.00m。

基坑東側為S103 省道，規劃建設地鐵南康站，擬建地下車庫邊線距地鐵保護線約7.0m，沿S103 現狀南北分布有3 根光纖、1 條10 kV 電力線、1 條D600 污水管線，距車庫邊線約10.0 ～20.0m；基坑南側東西分布有D800 污水管、1 條GD 200×100 供電線，距車庫邊線約5.0 ～8.0m；北側及西側緊鄰新建成市政道路，已埋設雨水、污水、供水、電力、燃氣、熱力等各類市政管線十余條，暫未使用，距北側在建B5 地塊地下結構最近約31.0m，距西側在建B13 地塊約40.0m。

根據設計要求，該基坑主要劃分為12 個支護單元，支護單元采用“支護樁+預應力錨索”結合局部放坡的支護形式，如圖1 所示。同時設置7 個土釘墻作為臨時支護單元，如圖2所示。

圖1 1-1 支護單元剖面圖

圖2 出土坡道1-1 支護單元剖面圖

2 監測方案

2.1 監測要求

根據監測要求，針對試驗段的基坑范圍及其周邊地面共布置30 個監測點，監測點位置平均分布于試驗段，確保能夠有效獲取監測數據及相關變化趨勢。通過在試驗段范圍內進行了3 個水準點的布設，完成了閉合水準線路。針對周邊道路、建筑等實施情況，將針對地下管線的檢測點設置在檢查點、閥門等位置。對周邊建筑的拐點設置監測點，對拐角處進行鉆孔完成監測點的布設[15-17]。

沉降觀測點埋設好后，應涂上防腐漆，繪制沉降點布置圖，在沉降點布置圖上標出水準點的具體位置，利用圖紙與現場相結合選定沉降觀測線路和儀器架設點，在選定儀器架設點時，盡量使用前后視距相等，沉降觀測線路應附合于兩水準點之間或閉合于同一水準點上，在沉降點布置圖上繪出沉降觀測線路。坡頂水平位移監測布點的埋設圖如圖3 所示，深層水平位移監測布點的埋設圖如圖4 所示。

圖3 坡頂水平位移監測觀測點埋設圖（單位：mm）

圖4 深層水平位移監測觀測點埋設圖（單位：mm）

2.2 監測方法及數據采集

本次位移監測采用MSJ-201 型測力計，監測數據讀取使用ZXY-2 型頻率讀數儀進行，該儀器的讀測精度可以達到1.0%F·S，同時記錄溫度。

安裝過程中，隨時進行測力計監測，觀測是否有異常情況出現，如有應立即采取措施處理。錨索安裝時必須從中間開始向周圍錨索逐步對稱加載，以免錨索測力計偏心受力。

在錨桿測力計安裝好并錨桿施工完成后，進行錨桿預應力張拉，這時要記錄錨桿拉力計上的初始荷載，同時要根據張拉千斤頂的讀數對拉力計的結果進行校核。量測時，同一批錨桿盡量在相同的時間或溫度下量測，每次讀數均應記錄溫度測量結果。

2.3 監測原則

為保證深基坑監測工作的有效實施，確保施工安全，監測工作中需保證相關原則，如下：

（1）監測數據必須可靠、真實，數據的可靠性由試驗元件安裝或埋置的可靠性、監測儀器的準確性和監測人員的素質來保證。監測數據的真實性要求所有數據必須以原始記錄為基礎，任何人不得篡改、刪除原始記錄；

（2）監測數據必須及時進行計算和處理現場監測數據，如有問題及時復測；

（3）埋置在土層或結構中的監測元件應盡量減少對結構法向力的影響，埋置時應注意監測元件與巖土介質的匹配；

（4）對于重要的監測項目，應根據工程的具體情況提前設置預警值和報警系統，預警值應包括變形或內力值及其變化率；

（5）監測應整理完整的監測記錄表、數據報告、圖形圖表和曲線，并在監測結束后整理監測報告。

2.4 控制值要求

考慮到基坑周邊環境復雜、體量較大，確定本工程主要監測項目報警值如下：圍護結構的水平及豎向位移≤0.15%H 且不大于30mm；深層水平位移 ≤0.2%H 且不大于40mm。

本試驗采用高頻人工監測輔以深層水平位移和地下水位自動化監測形式，人工監測項目監測頻率1 次/1d，自動化監測項目每隔1h 采集一次數據，確保及時取得基坑變形數據，以指導設計和施工。

3 監測結果分析

在進行地下結構的施工過程中，通過對基坑坡頂水平位移和深層水平位移進行了監測，監測結果如下。

3.1 坡頂水平位移分析

基坑坡頂水平位移變化曲線如圖5 所示。

圖5 坡頂水平位移變化曲線

監測結果顯示：基坑坡頂水平位移隨著深度的不斷增加而逐漸減小，呈反比的變化曲線形式，其最大水平位移監測值為25.20mm，該數值出現在基坑試驗段北側；通過基坑坡頂水平位移曲線可以發現，基坑的坡頂水平位移的變化整體較為穩定，變化曲線較為平直，其波動較大位置主要出現在基坑地質較差位置，基坑試驗段北側第四系土層較厚，產生的坡頂水平位移較大，而其他位置處的水平位移變化曲線相對更為平直；雖然基坑試驗段北側的坡頂水平位移較大，但仍滿足坡頂水平位移≤0.15%H 且不大于35mm 的要求。可以認為北側采用“支護樁+預應力錨索”的支護形式是較為合理有效的。

3.2 深層水平位移分析

基坑深層水平位移變化曲線如圖6 所示。

圖6 深層水平位移變化曲線

監測結果顯示：基坑深層水平位移隨著深度的增加表現為先變大后變小隨后急劇增大的變化趨勢。分析原因主要為深層水平位移受地層條件的影響較坡頂水平位移更大；在分布均勻且地質變化較小的深度位置處，基坑的深層水平位移曲線隨深度的增加逐漸減小；而在出現最大深層位移的試驗段東側位置，在深度為17.0m 時，主要表現為達到了最大深層水平位移，為26.18mm。經過地質情況對比分析，可以發現試驗段東側位置處17.0m 深度范圍內的地層條件為富水砂層，地質條件較差，富水性好，在土壓力的作用下易產生滑移變形等問題，也導致了該層易產生較大水平位移，雖然基坑試驗段東側的深層水平位移較大，但仍滿足深層水平位移≤0.2%H 且不大于40mm 的要求范圍內。

4 結論

（1）通過對該基坑的水平變形監測，可以看出通過有效的水平位移限制結構可以有效地降低水平位移量，使其在要求的限值范圍內。

（2）水平位移監測可以使用人工與全自動結合的方式，一方面可以提升監測頻率，確保數據連續性；另一方面可以有效節約人力，保證數據完整性。

（3）加強深大基坑監測工作，可以有效控制基坑及周邊建構筑物的位移變形，確保施工的安全開展。

（4）在深基坑監測的相關工作中，需要結合工程概況來進行相關布設，科學選擇設備及頻率，通過有效的監測工作為深大基坑安全開挖提供更科學的技術支持。