變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在基坑施工中的應(yīng)用分析

徐吉偉

（中交第三航務(wù)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(shè)的不斷推進(jìn)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(shè)中扮演著重要角色。然而，基坑施工過程中由于土體力學(xué)行為的復(fù)雜性和土地資源的局限性，基坑的變形問題一直是工程設(shè)計(jì)與施工中面臨的挑戰(zhàn)之一。因此，如何有效監(jiān)測(cè)和控制基坑變形成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。該文依托南航國(guó)際創(chuàng)新港總部一期工程，開展變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在基坑施工中的應(yīng)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(xiàng)目為南航國(guó)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(hù)周長(zhǎng)約1 440 m，地下室底板厚度為500 mm，承臺(tái)厚度為900～2 000 mm，考慮150 厚墊層，基坑開挖面標(biāo)高為2.05～5.65 m，基坑挖深為2.8～6.4 m。

1.2 支護(hù)形式

基坑PP'QABCDD'E 采用天然放坡作為支護(hù)結(jié)構(gòu)體系；基坑其余段采用“上部天然放坡+下部鋼板樁”的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

2 基坑變形監(jiān)測(cè)實(shí)施方案

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)工程的支護(hù)形式以及設(shè)計(jì)要求等，最終確定具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表1 所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目匯總表

2.2 報(bào)警值設(shè)置

根據(jù)設(shè)計(jì)要求、監(jiān)測(cè)相關(guān)規(guī)范以及周邊環(huán)境中被保護(hù)對(duì)象的控制要求，綜合確定項(xiàng)目監(jiān)測(cè)報(bào)警值如表2所示。

表2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值

2.3 監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)

2.3.1 平面控制網(wǎng)

在基坑外側(cè)穩(wěn)定、安全的地方，布設(shè)多個(gè)平面基準(zhǔn)方向點(diǎn)，距離基坑邊線大于3 倍基坑深度，基準(zhǔn)點(diǎn)PMKZ1、2、3 布設(shè)于遠(yuǎn)離基坑的建筑物樓頂房角，在基坑拐角內(nèi)布設(shè)4 個(gè)工作基點(diǎn)，編號(hào)為PMJZ1-PMJZ4，采用多點(diǎn)后方交會(huì)法對(duì)工作基準(zhǔn)進(jìn)行校核。

2.3.2 高程控制網(wǎng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)初步踏勘情況，在遠(yuǎn)離基坑外布設(shè)3 個(gè)高程基準(zhǔn)點(diǎn)，均布布設(shè)在遠(yuǎn)離基坑且不在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的房屋主體上。在基坑周邊施工影響范圍之外、相對(duì)穩(wěn)定且易于保存的區(qū)域，布設(shè)3 個(gè)工作基點(diǎn)，編號(hào)為SP1-SP3。

2.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

2.4.1 坡頂水平與豎向位移測(cè)點(diǎn)

（1）測(cè)點(diǎn)布置。頂部水平位移與豎向位移采用同點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)于基坑監(jiān)測(cè)豎向受力構(gòu)件上部，布設(shè)間距約20 m。

（2）測(cè)點(diǎn)埋設(shè)。坡頂軟土地面采用擊入Ф18、長(zhǎng)度800 mm 的鋼筋頭，然后用C25 混凝土澆筑保護(hù)墩。

2.4.2 深層水平位移監(jiān)測(cè)

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

（2）埋設(shè)方法。土體測(cè)斜管的埋設(shè)要求：在距圍護(hù)結(jié)構(gòu)1.5 m 位置處鉆孔，孔徑略大于測(cè)斜管外徑，外徑Φ70、鉆孔內(nèi)徑Φ108 的孔較為合適。鉆孔完畢后，將在地面連接好的測(cè)斜管放入孔內(nèi)，測(cè)斜管與鉆孔之間的空隙選用細(xì)砂或水泥與膨潤(rùn)土拌和的灰漿進(jìn)行回填。

2.4.3 地下水位監(jiān)測(cè)

（1）布置要求。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，基坑每條邊設(shè)置一口水位觀測(cè)井，埋設(shè)于坡頂外側(cè)土體中，水位管深度約10 m。

（2）埋設(shè)方法。水位管的埋設(shè)要求：鉆孔直徑不小于100 mm，選用外徑為φ53 mmPVC 管，管身全部設(shè)置濾管，以利于水滲透。鉆孔完成后，對(duì)濾管深度范圍采用綠豆砂進(jìn)行回填，水位管在管口處做一個(gè)凹槽，深30 cm，長(zhǎng)寬30 cm×30 cm，用磚漿砌內(nèi)壁，上面蓋一片鋼板或木板。測(cè)量時(shí)將鋼板或木板移開，測(cè)量完畢后將鋼板或木板放回凹槽?，F(xiàn)場(chǎng)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(hù)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(cè)點(diǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)1 000 mm）直徑，將螺紋鋼筋夯實(shí)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(cè)

（1）布置要求。共布設(shè)54 個(gè)樁基沉降觀測(cè)點(diǎn)，布設(shè)在東南角樁基上。

（2）埋設(shè)方法。利用電鉆打孔預(yù)埋于待測(cè)樁基的對(duì)應(yīng)位置。

2.4.6 錨桿內(nèi)力、鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)

（1）錨桿內(nèi)力。預(yù)應(yīng)力錨桿軸力計(jì)安裝時(shí)，錨索計(jì)和錨頭穿過鋼絞線，然后安裝張拉機(jī)具和錨具，張拉前對(duì)錨索計(jì)位置進(jìn)行校驗(yàn)，使錨索計(jì)中心軸線與錨桿桿筋軸線重合，偏斜≤0.5°，偏心≤5 mm。確認(rèn)合格后，開始預(yù)緊和張拉，張拉順序與工程錨桿相同。張拉鎖定后，將錨索計(jì)的數(shù)據(jù)線用PVC 管（或采取別的有效措施）進(jìn)行保護(hù)并綁牢，引導(dǎo)至方便測(cè)讀的地方，在導(dǎo)線尾部做好標(biāo)識(shí)，注明應(yīng)力計(jì)的編號(hào)及應(yīng)力計(jì)在錨頭的位置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做好保護(hù)措施[1]。

（2）鋼支撐反力計(jì)。鋼支撐每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置安裝1 個(gè)反力計(jì)，反力計(jì)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(jì)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(jì)（反力計(jì)）正常傳遞到支護(hù)結(jié)構(gòu)上。在鋼支撐吊裝前，為防止損傷電纜，應(yīng)將軸力計(jì)的電纜妥善地綁在安裝架的兩翅膀內(nèi)側(cè)。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基坑監(jiān)測(cè)工作始于2023 年7 月26 日，當(dāng)前3#、4#地塊土層基坑支護(hù)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(duì)4#地塊自基坑開始開挖至基坑開挖結(jié)束的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)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(shí)間的變化規(guī)律[2]。

3.1 邊坡頂部水平位移

根據(jù)監(jiān)測(cè)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?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)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(huì)逐漸增加。因?yàn)樵陂_挖過程中，土體受到剪切破壞和應(yīng)力釋放的影響，失去了支撐力，從而導(dǎo)致位移的增加。其中，在開挖的第10 d 至第15 d 內(nèi)，坡頂水平位移變化速率有一個(gè)快速增長(zhǎng)期。而后，臨近開挖結(jié)束時(shí)，坡頂水平位移發(fā)展逐漸平穩(wěn)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，坡頂水平位移最大值為8.6 mm，在測(cè)點(diǎn)D35 處，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該文設(shè)置的報(bào)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(shí)，邊坡表面接觸的土體受到的應(yīng)力較大，坡頂豎向位移相對(duì)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(yīng)力逐漸減小，土體開始發(fā)生松動(dòng)和沉降，導(dǎo)致坡頂豎向位移增加。在開挖后期，支護(hù)結(jié)構(gòu)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(cè)數(shù)據(jù)顯示，坡頂豎向位移累計(jì)最大變形值為7.02 mm，仍然未達(dá)報(bào)警值40 mm，且最大值依舊出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)D35 處。

3.3 深層水平位移

由于深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量龐大，該文僅選取 CX20測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shì)。CX20 的深層水平位移累計(jì)最大值為4.99 mm，發(fā)生在0.5 m深度處，未達(dá)設(shè)計(jì)報(bào)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(duì)周邊道路豎向位移和周邊管線豎向位移進(jìn)行分析。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制最大累計(jì)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(shè)置的報(bào)警值。

4 結(jié)語

（1）通過實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和評(píng)估基坑的變形情況，可以有效預(yù)測(cè)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(zhì)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(jì)效益。

（2）該文以南航國(guó)際創(chuàng)新港總部一期工程為例，對(duì)其3#、4#地塊開展了基坑變形監(jiān)測(cè)工作。其中4#地塊的變形監(jiān)測(cè)結(jié)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(shè)置的報(bào)警值，由此可見在該工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)下，基坑變形穩(wěn)定，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。