監(jiān)測技術(shù)在深基坑開挖過程中的應(yīng)用

李 忠 偉

(天津市市政工程設(shè)計研究院測繪分院，天津 300000)

監(jiān)測技術(shù)在深基坑開挖過程中的應(yīng)用

李 忠 偉

(天津市市政工程設(shè)計研究院測繪分院，天津 300000)

對天津某基坑狀況進(jìn)行了分析，并對監(jiān)測的每個分項進(jìn)行了論述，提出了基坑監(jiān)測過程中的各種方法，達(dá)到了及時了解變形量的效果，解決了基坑開挖過程中變形量過大危害基坑安全的問題。

基坑，監(jiān)測，變形，圍護(hù)結(jié)構(gòu)

1 深基坑監(jiān)測的意義

對于復(fù)雜的大型工程以及與重要建筑物很近的深基坑項目，由于基坑周圍的環(huán)境非常的復(fù)雜，特別是當(dāng)基坑周圍地質(zhì)條件差，地下水豐富，距基坑周邊很近的距離有非常密集的地下管線，監(jiān)測是非常重要的，隨著基坑的開挖能夠及時了解周邊環(huán)境的狀況，還有就是基坑監(jiān)測不容易從過去類似的基坑開挖過程中得到借鑒，也不容易從理論實驗中進(jìn)行模擬結(jié)果，所以每當(dāng)基坑開挖的時候就要隨時進(jìn)行基坑監(jiān)測。首先是根據(jù)現(xiàn)場采集的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠判斷基坑的安全系數(shù)并做數(shù)據(jù)計算處理，為今后地質(zhì)條件和周邊環(huán)境類似的基坑提供設(shè)計參考和施工參考。其次，為工程施工提供安全保障，特別是地下管線，地下設(shè)施，基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鄰近建筑物、構(gòu)筑物等等在施工過程中所受的影響。最后，當(dāng)監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)某些監(jiān)測項目最大值超過允許范圍或者變化速率達(dá)到預(yù)警值的時候及時通過業(yè)主建立的信息平臺發(fā)布預(yù)警消息，這時各單位都及時收到預(yù)警消息，以較快的速度組織業(yè)主，監(jiān)理，施工方進(jìn)行協(xié)商解決，進(jìn)行安全補(bǔ)救，為工程質(zhì)量和安全提供可靠保障。

監(jiān)測數(shù)據(jù)的大量積累對工程經(jīng)驗的總結(jié)，方法的完善，手段的創(chuàng)新和設(shè)計水平的提高也有著重要意義，總體概括分析可以分為實際意義和理論意義。實際意義主要是通過監(jiān)測各種建筑物和構(gòu)筑物等等的穩(wěn)定性，及時了解它們的穩(wěn)定情況，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率變化太大以及數(shù)據(jù)超過控制值或者是基坑出現(xiàn)裂縫或漏水等現(xiàn)象以便采取方法，理論上的意義是指通過數(shù)據(jù)分析更充分地理解基坑開挖過程中的變形機(jī)理和變形規(guī)律，驗證有關(guān)的變形理論，為今后的變形監(jiān)測理論和方法提供有價值的參考?，F(xiàn)在以天津市某地鐵基坑主體結(jié)構(gòu)開挖過程為例，參照相關(guān)的基坑監(jiān)測技術(shù)規(guī)范和大量的文獻(xiàn)資料，對基坑監(jiān)測過程中的某些觀點進(jìn)行論述，總結(jié)深基坑監(jiān)測存在的某些問題以及解決方法。

2 深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型和監(jiān)測項目的內(nèi)容

2.1 深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型

在深基坑開挖的時候，基坑周圍要有圍護(hù)體把基坑周圍包圍起來，對基坑起到阻擋土和水，支撐外力的作用。淺基坑的圍護(hù)其他結(jié)構(gòu)通常是工字鋼，三軸攪拌樁或者是一級、二級放坡；深基坑大多是采用現(xiàn)場澆筑的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)其他結(jié)構(gòu)，開挖前，坑內(nèi)要先抽去地下水，在保證地連墻接縫嚴(yán)密的情況下，這樣在開挖的時候地連墻基本上不會漏水。根據(jù)基坑深度的不同而采用不同層數(shù)的水平支撐，如果圍護(hù)體是地連墻一般首層支撐采用混凝土支撐，下面采用鋼支撐，如果基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是SMW工法樁，基坑的水平支撐一般全部采用鋼支撐。圖1是兩種不同結(jié)構(gòu)的圍護(hù)形式。

2.2 基坑監(jiān)測內(nèi)容

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體的深層墻體位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂豎向位移、周邊地表沉降、土體分層沉降、支撐軸力(鋼支撐、混凝土支撐)、管線沉降、建筑物傾斜、建筑物沉降、潛水水位、立柱豎向沉降、土壓力和水壓力、基坑底部回彈、裂縫監(jiān)測等的監(jiān)測。

2.3 基坑監(jiān)測項目的選擇

基坑監(jiān)測項目的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙、基坑周圍的風(fēng)險因素和基坑的地質(zhì)條件以及施工監(jiān)測方案等因素決定，施工現(xiàn)場采集的原始數(shù)據(jù)通過軟件處理與分析，提供監(jiān)測報表，能夠及時反映基坑的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)變化才是最重要的。

2.4 監(jiān)測點的布置與埋設(shè)

1)基坑監(jiān)測點布設(shè)原則。

監(jiān)測點的布設(shè)原則是依據(jù)監(jiān)測方案結(jié)合實際的施工環(huán)境從所有的監(jiān)測項目中選擇幾種關(guān)鍵的監(jiān)測項目進(jìn)行監(jiān)測，在確定如何布設(shè)測點之前，必須了解本基坑的地質(zhì)條件周邊環(huán)境情況和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式，再根據(jù)類似工程基坑的監(jiān)測經(jīng)驗知識、最新監(jiān)測規(guī)范要求來布設(shè)點的范圍和密度。

在施工進(jìn)場以前，我們要把需監(jiān)測的點位埋設(shè)完成，經(jīng)過一定的穩(wěn)定周期后測量出各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的靜態(tài)值作為初始值。圍護(hù)體頂部沉降、頂部位移點位應(yīng)直接布設(shè)在圍護(hù)體上，道路上面無法布設(shè)沉降點時應(yīng)用電錘剔小坑然后再埋設(shè)沉降釘，坑不要太大以免對過往的行人和車輛造成安全隱患，如果基坑周邊的馬路上的管線非常重要的話，需要把管線周圍用醒目的擋板圍起來然后把管線挖出來，在管線上面直接布設(shè)點。

2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、豎向位移監(jiān)測點的布設(shè)。

基坑頂部位移點包括水平位移點和垂直位移點即沉降點，它們可以共用同一個點來進(jìn)行監(jiān)測，布設(shè)在基坑地連墻的頂部。根據(jù)設(shè)計要求和測量規(guī)范，一般情況下大約每隔25 m布設(shè)一個位移點，在重要監(jiān)測部位要適當(dāng)加密監(jiān)測點的布設(shè)。

3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)測斜管的埋設(shè)。

根據(jù)每個基坑不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，測斜管的埋設(shè)方法不同，如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)是地連墻，測斜管就埋設(shè)在地連墻里面，如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)是SMW工法樁，測斜管一般是和工法樁焊接在一起，且埋設(shè)在容易塌方的地方，一般是圍繞基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的輪廓每隔20 m～30 m布設(shè)一個測斜孔，風(fēng)險較大的地方可以加密布設(shè)，測斜孔的深度一般至少要和開挖總深度相等或者是比開挖總深度深幾米，如果基坑采取明挖法施工，一般以測斜管底部為基準(zhǔn)認(rèn)為是不動的，以此作為側(cè)向位移的基準(zhǔn)。如果基坑采用暗挖法施工，一般以測斜管頂部為基準(zhǔn)進(jìn)行計算。

將測斜管底部裝上底蓋用螺絲固定好放入鉆孔中，逐節(jié)組裝，隨著深度的增加，浮力會越來越大，這時候要往測斜管內(nèi)注入清水，使測斜管很容易地下到最底處，然后轉(zhuǎn)動測斜管，讓測斜管的十字絲垂直于基坑內(nèi)部，接著把細(xì)沙子注入鉆孔與測斜管之間，固定測斜管。

測斜管固定以后，用帶有一定壓力的水槍向測斜管內(nèi)注入清水，直到測斜管內(nèi)無臟水返出，流出清水時為止，這樣就證明測斜管已經(jīng)被沖洗干凈，為測斜奠定了基礎(chǔ)，由于測斜儀探頭非常昂貴，所以在第一次測斜之前要進(jìn)行一次模擬測斜，就是用假探頭試測一下測斜管是否暢通，在不確定測斜管是否暢通時，不允許放入探頭。

由于施工環(huán)境的復(fù)雜性和其他的不確定因素容易對測斜管造成破壞，所以要在布置完成每個測斜管以后進(jìn)行坐標(biāo)和高程的采集，當(dāng)測斜管受到破壞以后很容易根據(jù)坐標(biāo)準(zhǔn)確地找到。而且要在管口旁邊系上醒目的小旗子以起警示作用。

4)水位孔的埋設(shè)。

在基坑開挖之前要對基坑進(jìn)行降水，當(dāng)基坑內(nèi)的水位降到一定程度以后就有可能會使基坑外的水向基坑內(nèi)滲透，基坑外的地下水通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)滲透是導(dǎo)致基坑塌方的重大因素之一，因此對水位監(jiān)測是確保基坑施工安全的方法之一，基坑周圍水位孔的埋設(shè)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃毁Y料和地質(zhì)情況，在含水量大和滲水性強(qiáng)的地方緊鄰基坑旁邊進(jìn)行布置，間距為20 m～30 m，要平行基坑邊，與測斜管埋設(shè)的不同點是要在水位管底部鉆許多細(xì)孔然后再用過濾紗布包好，這樣做的目的是既要保證地下水的流通又防止地下泥土雜物堵塞小孔，達(dá)到監(jiān)測目的。

5)土壓力計和水壓力計的埋設(shè)。

對環(huán)境要求比較高的工程都必須安裝土壓力計和水壓力計，它們是對地下土體應(yīng)力和地下水壓力監(jiān)測的有效手段，土壓力計要隨基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時安裝，安裝時一定注意要讓壓力面向外，安裝地點是在基坑隱患處的圍護(hù)樁側(cè)向受力點，水位計安裝時也需要鉆孔，在不同的深度分別安裝水位計然后用干燥粘土填實，當(dāng)土球吸足水后會自動將鉆空格封堵好。安裝好這兩種壓力計以后一定要保護(hù)好它們的引出線和編號不丟失。

6)軸力計的埋設(shè)。

當(dāng)基坑開挖到一定深度后，依靠圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的力量無法保證基坑的安全，需要在基坑中間安裝水平鋼支撐來保證基坑結(jié)構(gòu)的安全，軸力計就是一種安裝在鋼支撐頭上的應(yīng)力計，用于監(jiān)測鋼支撐的受力情況，它的安裝需要施工單位的配合，軸力計必須由電纜線引出，要保護(hù)好它的電纜線和編號不受損壞。

3 基坑的監(jiān)測頻率、方法及注意的事項

3.1 基坑的監(jiān)測頻率

基坑的監(jiān)測頻率一般根據(jù)基坑的等級不同而有所不同，具體的監(jiān)測頻率需要根據(jù)施工設(shè)計圖紙和施工監(jiān)測方案進(jìn)行具體規(guī)定，總之監(jiān)測頻率的確定應(yīng)能系統(tǒng)地反映監(jiān)測對象所測項目的重要變化過程而又不遺漏其變化的重要時刻。對于一級基坑而言要滿足表1要求。

表1 一級基坑設(shè)計參數(shù)表

當(dāng)出現(xiàn)下列情況時應(yīng)提高監(jiān)測頻率：

1)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到報警值。2)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較大或速率加快。3)存在勘測未發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)。4)超深、超長開挖或未及時加撐等違反設(shè)計工況施工。5)基坑及周邊大量積水、長時間連續(xù)降雨、市政管道出現(xiàn)泄漏。6)基坑附近地面荷載突然增大或超過設(shè)計限值。7)支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂。8)周邊地表突發(fā)較大沉降或出現(xiàn)嚴(yán)重開裂。9)臨近建筑突發(fā)較大沉降、不均勻沉降或出現(xiàn)嚴(yán)重開裂。10)基坑底部、側(cè)壁出現(xiàn)管涌、滲漏或流沙等現(xiàn)象。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移的監(jiān)測方法

圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移的監(jiān)測方法一般用極坐標(biāo)法，基準(zhǔn)點要選在3倍基坑以外土質(zhì)堅固的地方，每個基坑工程至少應(yīng)有3個穩(wěn)定、可靠的點作為基準(zhǔn)點，工作基點應(yīng)選在相對穩(wěn)定和方便使用的位置。每次觀測都必須定向，每次觀測值與前一天觀測值之差為日變化量，每次觀測值與初始觀測值之差為累計變化量，當(dāng)然也可以用余弦定理公式進(jìn)行位移變化的計算，一般認(rèn)為，當(dāng)日變化量超過設(shè)計值的80%或者累計值超過設(shè)計值的80%時應(yīng)向業(yè)主，施工，監(jiān)理各單位進(jìn)行數(shù)據(jù)報警。

3.3 測斜儀的測量

本基坑測斜儀采用美國新科儀器公司測斜儀，它的傳感器是雙測頭結(jié)構(gòu)，間距為50 cm，可以在現(xiàn)場立即記錄存儲所測量的數(shù)據(jù)，其儀器精度可以達(dá)到0.01 mm，自帶一套界面友好人性化的傳輸軟件。

連接好探頭和電纜，電纜和測讀儀，當(dāng)連接探頭和電纜時一定要用原裝的扳手，接好以后要檢查一下探頭與電纜之間是否密封，要特別注意保護(hù)電纜和探頭之間這一部分，特別容易被損壞，所以要倍加小心，如果電纜里面的某條細(xì)絲被損壞，那么所測的數(shù)據(jù)就有錯誤不能利用，測量第一遍的時候要將低滑輪朝向基坑方向，同時使滑輪卡在導(dǎo)槽上，把電纜放到距離測斜管底部0.5 m的地方，一定要注意不要把探頭直接放到測斜管底部，以免損傷探頭，更不能“自由落體”讓探頭直接以重力加速度一下到底，測量自下而上一般是每隔0.5 m測讀一次，有時候也可以1 m測讀一次，為了保證測讀結(jié)果的準(zhǔn)確性，一定要當(dāng)測斜儀上出現(xiàn)一排菱形時再記錄。第一次測量完成以后，把探頭轉(zhuǎn)動180°，使探頭的兩個導(dǎo)輪與第一次相反，進(jìn)行第二次測讀，第一次與第二次測讀的測點要在同一位置上，它們的誤差范圍是小于10%，而且符號相反，否則應(yīng)重測本組數(shù)據(jù)。

3.4 同一監(jiān)測項目監(jiān)測的要求

1)基準(zhǔn)點、基本點、工作基點、監(jiān)測點要穩(wěn)定；

2)使用同一監(jiān)測儀器和設(shè)備；

3)固定觀測人員；

4)在基本相同的環(huán)境和條件下工作；

5)觀測路線、程序和方法要固定。

4 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，我們的城市也在日新月異的發(fā)展，特別是在中國的特大城市，由于開放與包容，來尋求商機(jī)的精英們都聚集在這里，使得土地越來越緊缺，現(xiàn)在城市發(fā)展的趨勢是向空中和地面以下發(fā)展，由于地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、基坑等級以及施工工藝等復(fù)雜性，只依靠實驗室的數(shù)據(jù)來確定施工方案，經(jīng)常含有許多不確定的因素，尤其是對國家重點大型工程項目，所以對施工過程中引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移，圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移，基底回彈，水位變化，臨近建筑物構(gòu)筑物的變形、地下管線、道路橋梁河流等等進(jìn)行監(jiān)測已經(jīng)成為工程建設(shè)中必不可少的環(huán)節(jié)。目前，基坑監(jiān)測與工程設(shè)計以及施工同被列為工程質(zhì)量好壞的三個關(guān)鍵因素。通過基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)來判斷施工參數(shù)是否符合預(yù)期值，以確定優(yōu)化下一步施工參數(shù)，以此達(dá)到信息化施工的目的，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)和成果成為現(xiàn)場施工工程技術(shù)人員判斷工程是否安全的依據(jù)，成為工程決策機(jī)構(gòu)的眼睛。

[1] GB 50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50026—93，工程測量規(guī)范[S].

[3] GB/T 15314—94，精密工程測量規(guī)范[S].

[4] JGJ/T 8—97，建筑變形測量規(guī)程[S].

[5] GB 50497—2009，建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[6] 中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司.天津地鐵6號線金鐘街站施工方案[Z].2014.

The application of monitoring technology in deep foundation pit excavation process

Li Zhongwei

(TheSurveyingandMappingBranch,TianjinMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Tianjin300000,China)

This paper analyzed a foundation pit situation in Tianjin, discussed each monitoring item, proposed various methods in foundation pit monitoring process, achieved the timely understanding of deformation effect, solved the problem of large deformation damage of foundation pit safety in foundation pit excavation process.

foundation pit, monitoring, deformation, retaining structure

1009-6825(2015)05-0186-03

2014-12-01

李忠偉(1984- )，男，助理工程師

TU463

A