淺析深基坑施工監(jiān)測技術(shù)

林明博

（深圳市工勘巖土工程有限公司，廣東 深圳 518026）

1、前言

隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，基坑施工的開挖深度越來越深，從最初的5～9m發(fā)展到目前最深已達20m多。由于地下土體性質(zhì)、荷載條件、施工環(huán)境的復(fù)雜性，對在施工過程中引發(fā)的土體性狀、環(huán)境、鄰近建筑物、地下設(shè)施變化的監(jiān)測已成了工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴格的項目，往往難從以往的經(jīng)驗中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。首先，靠現(xiàn)場監(jiān)測據(jù)來了解基坑的設(shè)計強度，為今后降低工程成本指標提供設(shè)計依據(jù)。第二，可及時了解施工環(huán)境——地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑在施工過程中所受的影響及影響程度。第三，可及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報險情的發(fā)生及險情的發(fā)展程度，為及時采取安全補救措施充當耳目。

2.深基坑監(jiān)測的內(nèi)容及方法

監(jiān)測內(nèi)容的選擇和測點布設(shè)合理方能經(jīng)濟有效。監(jiān)測項目的選擇必須根據(jù)工程的重要程度、支護結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件的實際情況而定。在確定測點的布設(shè)前，必須知道基地的地質(zhì)情況和基坑的圍護設(shè)計方案，再根據(jù)以往的經(jīng)驗和理論的預(yù)測來考慮測點的布設(shè)范圍和密度。

深圳地區(qū)基坑常見支護方案有大放坡、土釘墻支護、復(fù)合錨桿支護、樁錨支護，支護樁墻+內(nèi)支撐支護，雙排樁支護，重力式攪拌樁擋墻支護等形式或幾種方案的組合，比較常規(guī)的監(jiān)測項目有坑頂水平位移、周邊沉降、土體或支護樁墻的深部水平位移（測斜）、地下水位、支護樁墻鋼筋應(yīng)力，錨索或內(nèi)支撐軸力監(jiān)測等，個別基坑還可能有側(cè)土壓力、孔隙水壓力、分層沉降及基坑底反彈監(jiān)測等。

周邊沉降和坑頂位移幾乎是每個基坑必不可少的監(jiān)測項目，主要采用水準儀或全站儀等光學(xué)監(jiān)測儀器，方法簡單，數(shù)據(jù)直觀可靠。

測斜管（測地下土體、圍護樁體的側(cè)向位移）的安裝應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，埋設(shè)在那些比較容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑圍護結(jié)構(gòu)以20～30m的間距布設(shè)；圍護樁墻體測斜管應(yīng)在圍護樁體澆灌混凝土?xí)r放入；地下土體測斜管的埋設(shè)須用鉆機鉆孔，放入管子后再用黃砂填實孔壁，地表管口四周用混凝土封固，并在管口加帽或設(shè)井框保護。測斜管的埋設(shè)要注意十字槽須與基坑邊垂直。深部位移主要采用重力加速度式測斜儀進行觀察，通常以底部為不動點由下往上進行推算得出不同深度的水平向變形量，故一般要求測斜管底部應(yīng)進入穩(wěn)定土層。

基坑在開挖前必須要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑內(nèi)滲漏，地下水的流動是引起塌方的主要因素，所以地下水位的監(jiān)測是保證基坑安全的重要內(nèi)容；地下水位觀測井用鉆機成孔，成孔直徑Φ110mm，成孔深度略深于設(shè)計深度，成孔后下入Φ70型PVC花管外裹雙層尼龍網(wǎng)，花管與孔壁之間用級配碎石（邊挖孔邊下碎石）填充，孔口以下約2m內(nèi)用粘土封閉，地表管口四周用混凝土封固。

應(yīng)力監(jiān)測中用的比較多的是振弦式應(yīng)力傳感器，包括振弦式鋼筋應(yīng)力計、混凝土應(yīng)變計、軸力計、錨索計、土壓計和孔隙水壓力計等。采用頻率讀數(shù)儀讀取傳感器的頻率變化，通過事前率定的系數(shù)計算出應(yīng)力或應(yīng)變。

支護樁鋼筋應(yīng)力計布設(shè)在鋼筋籠中內(nèi)外側(cè)一對受力主鋼筋上，每2～3米布設(shè)一對。混凝土支撐軸力監(jiān)測主要采用鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變計，在受力關(guān)鍵位置選擇監(jiān)測斷面，每個斷面布設(shè)4應(yīng)力計。錨索計在錨索張拉前刻，安裝錨墊板或錨具之間，然后張拉鎖定。土壓力計和孔隙水壓力計，是監(jiān)測地下土體應(yīng)力和水壓力變化的手段，孔隙水壓力計的安裝，也須用到鉆機鉆孔，在孔中可根據(jù)需要按不同深度放入多個壓力計，每個壓力計間用干燥粘土球填充隔離。土壓力計要隨基坑圍護結(jié)構(gòu)施工時一起安裝，有時也會用到鉆孔法，注意它的壓力面須向外；并根據(jù)力學(xué)原理，壓力計應(yīng)安裝在基坑的隱患處的圍護樁的側(cè)向受力點。應(yīng)力計安裝都須注意引出數(shù)據(jù)線的編號和采取有效保護措施。

3.監(jiān)測數(shù)據(jù)分析實例

3.1.工程概況

深圳某商業(yè)大樓工程，共有四層地下室，基坑開挖深度21.90m，基坑面積共約為21000m2，采用支護樁結(jié)構(gòu)，基坑周邊圍護體均采用1000mm厚“兩墻合一”地下連續(xù)墻，豎向設(shè)置四道臨時砼支撐體系。地下連續(xù)墻成槽前采用φ850@600三軸水泥土攪拌樁進行槽壁加固，基坑被動區(qū)土體加固采用φ850@600三軸水泥土攪拌樁，被動區(qū)加固體與槽壁加固體之間采用φ850@600高壓旋噴進行填充加固。

支撐平面均采用對撐、角撐結(jié)合邊桁架布置，采用鉆孔灌注樁作為立柱樁。每道支撐的中心標高具體情況為-2.650、-8.150、-13.500、-18.500。連續(xù)墻底標高為-38.900，攪拌樁底標高為-25.900。

監(jiān)測內(nèi)容主要有周邊沉降觀測，坑頂位移，支護墻體深部位移，支護墻體鋼筋應(yīng)力監(jiān)測，砼凝土支撐軸力，地下水位等。

3.2 地表沉降的結(jié)果與分析

本工程基坑的三面都有管線，而其中西側(cè)的管線離工程有較遠的距離，因此最后沉降都沒有達到設(shè)計的報警值。而另兩測的離基坑比較近所有的點位都超過了報警范圍。變形最大的點位都位于基坑?xùn)|側(cè)，這和本工程東側(cè)同時進行的基坑開挖有著極大的關(guān)系。由于測點較多，為便于說明問題，分別選擇工地東側(cè)和南側(cè)最有代表性的一條斷面上的測點進行分析。其中東側(cè)離基坑近到遠分別為 D8、H3、X8、S8、M8。如圖 1 所示：

圖1 （曲線由上到下分別為 D8、H3、X8、S8、M8）

圖2 （曲線由上到下分別為 X3、M3、S3、D3）

南側(cè)離基坑從近到遠分別為D3、S3、M3、X3。如圖2所示：

從圖1、圖2明顯可以看出，地表沉降的變化可以分以下3個階段。第一階段：從挖土開始一直到挖完2層土，是一個緩慢的下降過程。第二階段：從挖第三層開始一直到墊層形成前是一個很急劇的下降過程。第三階段：墊層形成后一直到底板形成下降的趨勢明顯減緩。

并且明顯看出工地南側(cè)的點位是沉降量是離基坑越遠越小，而東側(cè)的點位沉降量則是離基坑越遠越大。這說明了疊加效應(yīng)的存在，因而在東側(cè)離對方基坑越近的點位也受對方基坑的影響越大。像這種沉降量不完全是本基坑造成的情況，一定要和本基坑業(yè)主和對方基坑業(yè)主事先溝通好，以免將來有不必要的麻煩。

還可以從曲線看出，在4月7日地表有明顯的上升過程，這和工地停止抽水有關(guān)，當?shù)叵滤Ｖ钩槿『?，水頭開始往上升，必定引起地表上升，這是正常的現(xiàn)象。

3.3 地下連續(xù)墻變形的分析

共在墻體內(nèi)埋設(shè)了8個測斜孔，36m深。其中一孔被施工破壞，從基坑開挖始就開始及時跟蹤監(jiān)測。各測斜孔的最大實測位移和所在深度的對照見下表。

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從表1中可以看出：本工程的最大值為79.3mm，各個點的最大值比較接近，都在70-80mm之間。出現(xiàn)的位置在17-19m的位置處。說明墻體最大水平位移的位置在開挖底面上2-5m附近。

以墻體水平位移最大的CX8孔為例，分別用曲線表示出在不同開挖階段的最大變形值。分別為挖完第一層至澆筑完底板的變化曲線。如下圖3。

從圖3可以得出以下結(jié)論，位移值的隨著開挖的不斷加深，而變形量是越來越大，影響的范圍也不斷的擴大，隨著地基強度的降低，從施工角度來說，基坑開挖到底時，也最為危險。在這時墊層最為關(guān)鍵，絕對不能等到土方全部挖完后在澆墊層，必須要分塊澆筑，什么地方先挖完就先澆筑這一塊，尤其是基坑的邊部位置。墊層及時能有效的減少基坑的變形。大底板也要以最快的速度跟上。

3.4、支撐軸力

根據(jù)支撐軸力的數(shù)據(jù)的分析，從支撐軸力的變化趨勢可見：

（1）第一道支撐隨著開挖深度加大，支撐的軸力明顯的逐步增加。一直到第二道支撐形成之后軸力才有一定的減少。在第二道支撐養(yǎng)護期軸力變化不明顯。

（2）隨著第二層土方的開挖，第二道支撐的軸力在明顯的增加，而第一道支撐雖然也在增加，但幅度明顯的小于第一層土方開挖時。第二道支撐也在第三道支撐形成后才逐漸穩(wěn)定。第一和第二道支撐最終都沒達到報警值。

（3）而從第三層土方開挖后，報警值不斷的出現(xiàn)，這和暴露時間過長有關(guān)。當?shù)谌龑油练介_挖結(jié)束后，正值農(nóng)歷新年，工地放假，因而第四道支撐沒有及時跟上。導(dǎo)致軸力以及墻體報警，所以可知在土方開挖過程中快速地形成支撐是減少變形的關(guān)鍵。雖然最終在各方的努力下沒有產(chǎn)生險情，但也為我們敲響了警鐘。如果沒有把握快速形成下一道支撐就不能盲目開挖。

（4）當?shù)谒牡乐涡纬珊?，第三道軸力的迅長的速度才得到了減緩。而此時第四道支撐軸力的增長的非?？焖?，快速的達到了報警值，這也和此前暴露過長有關(guān)。而此時第一、第二道支撐都還比較穩(wěn)定。而底板澆完后，所有支撐軸力都基本保持不變。

（5）在施工開挖過程中，難免會有軸力點位被破壞。而ZC6點全部點位都保存了下來，并且此點位變化量也較大，較好的反應(yīng)了當時的情況。所以就以ZC6號點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，觀測它在不同時間段隨工況的變化情況。

結(jié)束語

分析結(jié)果顯示：通過對基坑的跟蹤監(jiān)測，使得工程能夠安全順利地進行，為基坑工程如期竣工起到了很好的“監(jiān)護”作用，同時，也為安全生產(chǎn)提供了保障；這種監(jiān)測施工工作測量對整個工程具有不可忽視的實際指導(dǎo)意義。

[1]喬高勇，楊小冬.簡析深基坑施工監(jiān)測方案[J].工程質(zhì)量,2010.10.

[2]裘寶華，張文健，裘洪明，張榮燦，章國榮.超大深基坑施工監(jiān)測技術(shù) [J].施工技術(shù),2006.06.