天長市某醫(yī)院病房大樓基坑工程監(jiān)測信息化施工探討

【摘要】深基坑支護設計、施工、監(jiān)測技術是近十年在我國逐步涉及的技術難題。深基坑的護壁，不僅要保證基坑內能正常作業(yè)安全，而且要防止基底及坑外土體移動，保證基坑附近建筑物、道路管線的正常運行。這些難題在具體工程實踐中表現(xiàn)方法有所不同。近年來我國大量興建的高層建筑深基坑成功施工實例，各地區(qū)通過工程實踐與科研，都有了一些行之有效的技術方法，使深基坑支護工程技術水平得到了迅速提高，取得了可喜的成績。

【關鍵詞】國家標準；招標文件；解讀

1.概述

擬建天長市某醫(yī)院病房大樓主樓樓高21層，裙樓5層，主樓及裙樓下有一層地下室；主樓和裙樓間不設沉降縫，采用剪力墻結構，附樓為框架結構，采用樁基礎。

現(xiàn)場監(jiān)測既是檢驗設計理論的正確性和發(fā)展設計理論的重要手段，又是及時指導正確施工，避免事故發(fā)生的必要措施。在巖土工程監(jiān)測時，除了應具備工程地質勘察資料外，還應對周圍環(huán)境進行詳細的調查，主要包括：相鄰結構的型式；地下管線（包括上、下水管道、煤氣管道、電纜等）的管徑、埋深、接頭構造、管材道路的路基、路面結構情況及載重量等。進行監(jiān)測設計，其基本內容有；工程概況，工程地質條件和周圍環(huán)境情況，監(jiān)測目的和內容，監(jiān)測點的布置，監(jiān)測的實施（包括儀器的選擇、率定、埋設、測試及報表內容等），報警數(shù)值及應急措施等。

監(jiān)測內容大致有：地表的豎向位移和水平位移；地層中的豎向位移和水平位移；土中的應力與孔隙水壓力；相鄰建筑物或地下管線的位移；作用在支擋結構上的側壓力及結構本身的內力、變形、支撐軸力。

監(jiān)測范圍：當基坑的長度和寬度之比較大時，應在基坑長度方向選擇不少于兩個斷面進行測量，在每個斷面上，其監(jiān)測范圍應根據位移影響范圍的理論預測結果而定。如果難以以理論預測，監(jiān)測范圍可定為開挖深度的2～4倍。對于矩形基坑，應在兩個方向上均布置監(jiān)測斷面。監(jiān)測范圍可根據工程性質、地質條件及周圍環(huán)境具體確定。

基坑工程的監(jiān)測應與施工過程密切配合，根據施工速度，監(jiān)測結果的絕對數(shù)值及變化速率，調整監(jiān)測的時間間隔，必要時要進行跟蹤監(jiān)測。應將監(jiān)測結果及相應的施工活動、工況記錄及時提供給施工管理人員。當監(jiān)測數(shù)據超過警戒指標時，應不失時機地采取相應的技術措施。對重要而復雜的工程，應選擇適當范圍進行信息化施工。在施工監(jiān)測中，運用反分析方法，優(yōu)化后續(xù)繼施工。

現(xiàn)場監(jiān)測是基坑工程的重要組成部分，基坑工程必須進行現(xiàn)場監(jiān)測。基坑工程的有關技術人員應準確了解和推斷基坑開挖所引起各種影響的當前程度、變化規(guī)律和發(fā)展趨勢，并及時在設計和施工上采取相應的防治措施。

2.工程監(jiān)測與信息化施工

2.1變形監(jiān)測

變形監(jiān)測就是對設置在基坑影響范圍內的觀測點重復觀測，以確定被觀測點變化情況。為監(jiān)測深基坑工程施工質量與邊坡的穩(wěn)定性，為驗證有關基坑工程設計理論與設計參數(shù)的準確性提供技術數(shù)據。由于變形監(jiān)測方法簡單，測試精度較高，在實際工程中應用最廣泛。

對監(jiān)測的成果，應及時進行計算平差及精度評定，重要的監(jiān)測成果，還應進行變形分析，并根據變形趨勢作出預報觀測。監(jiān)測成果一般應在工作結束后提交，也可根據需要提交階段性成果資料。在施工監(jiān)測中，如果發(fā)現(xiàn)變形異常，應及時提交變形警報資料。變形觀測全部成果資料應包括如下內容：（1） 技術設計書；（2） 控制網和觀測點平面布置圖；（3） 儀器設備檢驗資料；（4） 標石、標志規(guī)格及埋深圖；（5） 觀測記錄；（6） 平差計算，精度評定資料；（7） 各種觀測成果圖表；（8） 監(jiān)測網和觀測點穩(wěn)定性分析資料；（9） 技術報告書。

2.2壓力監(jiān)測

2.2.1側土壓力

側土壓力是基坑工程周圍土體介質傳遞給圍護結構的水平力，其中包括土體自重應力、附加應力及水壓力等對圍護結構的共同作用，土壓力大小直接決定著圍護結構的穩(wěn)定性、結構的安全度及地基的穩(wěn)定性。由于影響土壓力的因素較多，如周圍土體介質的性質及結構組成，圍護結構的柔度及位移、水位變化及波浪作用、附加應力及地震力作用、施工工藝、墻背土的回填工藝、墻前土的挖除工藝以及相鄰土層水平剪力的影響等，這此影響因素給理論分析帶來一定的困難，因此，僅用理論分析反映土壓力大小及沿深度分布規(guī)律是相當困難的。從基坑工程安全及經濟合理性考慮，對于重要的基坑工程，在較完善的理論計算基礎上，應進行必要的現(xiàn)場原型觀測工作。

土壓力是基坑工程周圍介質、附加應力等外力與圍護結構位移共同作用的綜合指標，按圍護結構施工方法（通常分為開挖施工，就地灌注施工及打入式施工）的影響，為全面掌握圍護結構承受土壓力大小及變化規(guī)律，應進行如下觀測：（1） 靜止（包括擠壓力變化）、主動及被動土壓力；（2） 圍護結構的位移，主要為轉動及沿深度各點水平位移；（3） 拉錨（或頂撐）結構拉力（或頂撐壓力），支撐結構內力；（4） 水壓力，主要為靜水壓力，超靜水壓力，浸潤線及波浪力。

2.2.2孔隙水壓力測量

地基土中孔隙水壓力的變化與地基所受到的應力變化和地下水的排水條件密切相關，是影響基坑邊坡穩(wěn)定的重要因素，施工中應有效地監(jiān)測孔隙水壓力的變化。土是三相體，由骨架（礦物顆粒），液體（水），氣體組成。當飽和土在外力作用下，其總應力由土骨架的粒間應力（有效應力）和孔隙水所承擔的孔隙水壓力所承擔。由于直接測量土中有效應力很困難，由此可以通過測量土中的總應力與孔隙壓力推算有效應力，這樣孔隙壓力的研究與實測也就得到了發(fā)展。

2.3信息化施工

基坑工程定量設計計算不能很精確，計算結果只能給設計者提供一個大概可能的數(shù)值，所以工程原型監(jiān)測就顯得十分重要了。對于大型復雜工程，原型監(jiān)測是設計者的“護身符”?；庸こ淘O計時應規(guī)定一些限制值，如樁頂位移應限制在一定范圍內，應密切注意位移的發(fā)展；當位移超過該限制值時，應適當改變施工步驟或采取一定的工程措施，以阻止變形的進一步發(fā)展。隨著施工的進展，根據定期監(jiān)測得到的信息，與原來設計結果比較，并反演計算參數(shù)，根據反演計算參數(shù)重新分析計算，必要時適當修改設計或施工步驟，再繼續(xù)施工和監(jiān)測，如此一次一次地反復，一次一次地趨于正確，這就是反分析法或信息化施工，已被廣大巖土工程師接受。80年代以來，國內外都十分重視巖土工程實錄。有位土力學家說：“土力學的理論是發(fā)展變化的，但是工程實錄是不變的，永遠是研究的寶貴資料?！惫こ虒嶄泴τ趲r土工程師來說就像文物對于歷史學家一樣重要?；庸こ淘诰唧w施工中，因為地層條件的復雜性，環(huán)境影響的多樣和施工影響的不確定性等，使傳統(tǒng)的設計方法方法會碰到各種各樣的問題。

常規(guī)設計是在空域內對工程目標進行靜態(tài)設計。而且往往局限于平面問題的簡化分析計算，動態(tài)設計是在空域和時域內對工程目標進行設計。這時所指的時域，不僅包括在常規(guī)設計期間內進行的預測分析，而且包括隨施工過程，結合信息施工技術進行的信息反饋處理。預測分析是動態(tài)設計的重步驟，它包括運行狀態(tài)預測，風險性預測，效益優(yōu)化預測，著重于支護結構、土體和相鄰建筑的運行狀態(tài)預測。變形預測則是預測的主要項目。對不同施工階段，不同施工措施的規(guī)律性因素或突發(fā)性因素進行綜合的或單目標的預測分析，如隨開挖深度增加，不同階段施加預應力錨桿產生的變形是否滿足控制變形量的預測與優(yōu)化分析；又如在有相鄰建筑條件下，護坡樁加角支撐體系，開挖深度，支撐受力狀態(tài)與整個體系穩(wěn)定性的綜合預測分析。預測分析的關鍵在于建立較符合實際的工程情況的動態(tài)設計計算模型，相應的結構構件及土體應力應變關系模型，以及反映相互作用的接觸點和面的擬合模式，還應包括上述模型的各種計算參數(shù)。

由于計算模型是一種逼近實際的似合，而且是主要方面和主要因素的擬合，因此，模型輸出的數(shù)據系列是一種趨勢預測，因為其計算結果不具唯一性，其真實性和可靠性需要通過另一過程予以改善和提高，這就是施工信息跟蹤和信息反饋監(jiān)測系統(tǒng)。動態(tài)設計法包括了信息跟蹤與信息反饋，而這些又必須通過現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)完成。這一部分即為信息施工技術?？梢妱討B(tài)設計與信息施工技術是不可分割的整體。監(jiān)測項目有：變形監(jiān)測，包括樁（墻）身側向位移觀測，樁頂豎向沉陷，水平位移觀測，相鄰建筑及地面等沉降與水平位移觀測，土體變形（回彈、沉陷、開裂）觀測；支護結構應力監(jiān)測，包括鋼筋應力觀測，混凝土應力觀測；錨桿漿體應力觀測；支護結構應力監(jiān)測。變形量既是支護結構物設計要求控制的指標，又是反映基坑開挖過程支護結構與土體相互作用的應力調整狀況，同時對各種突發(fā)性事件的發(fā)生或錨固體系的可能破壞與失穩(wěn)提體供了前兆信息。因此，變形量的觀測不僅敏感性高，而且更為直觀，是不可忽視的重要測試項目。監(jiān)測系統(tǒng)的合理設置是選取有代表性的測試剖面，確定有效的測試項目，選擇可靠的測試元件。

⑴ 確定工地現(xiàn)場出土口后，應對出土口位置支護結構進行適當加強。土方開挖應“分層、分區(qū)、分段”進行，嚴禁一次開挖到底或超挖，挖出的土嚴禁堆放在支護結構外側，嚴禁挖土設備碰撞或停放在支撐桿件上，挖至設計標后，立即做墊層、砌筑磚模，澆筑砼底板，嚴禁基坑長時間暴露。開挖時注意保護已施工的工程樁。

⑵ 施工期間加強基坑監(jiān)測工作，重點對周邊道路、管線進行監(jiān)測，進行信息化施工。

⑶ 在有嚴密的監(jiān)測，且在數(shù)據可靠的前提下，信息化施工，出現(xiàn)異常情況及時分析，提前拿出監(jiān)測方案，指導施工，并跟蹤管理。

3.結論

通過對該工程設計過程的總結，得出了以下幾點體會：

（1） 基坑開挖支護是一個綜合性的巖土工程問題。深基坑支護方案的制定，要求設計人員必須具有結構力學，土力學，地基基礎等多學科的專業(yè)知識，必須全面分析地質資料，周邊環(huán)境，地下結構等特點，并從造價、工期、安全性諸方面統(tǒng)籌考慮，并進行多方案比較，同時要將施工溶為一體才能確定出最合理的方案。

（2） 在對該工程基坑設計時，通過對現(xiàn)有各種計算方法的研究和對前人研究成果的探討，進一步認識到深入研究基坑設計方法對減少基坑工程事故具有重要意義。由于影響基坑變形的主要因素是土體的彈性模量，而彈性地基梁法卻估計而不是實測土體的彈性模量，因而其計算結果近似性有時會較大。彈塑性有限元法是較好的基坑位移分析方法，但簡單易用的程序較少。綜合設計方法考慮全面，但需要軟件的支持。

（3）信息化施工是深基礎施工中應采取的重要手段。在整個基坑開挖及地下室施工的全過程中應進行嚴密的監(jiān)測，實行科學的信息化施工，發(fā)現(xiàn)異常情況應立即采取應急措施，以確?；蛹班徑ǎ嫞┲锏陌踩?，不能因為節(jié)約而不安排監(jiān)測，或減少監(jiān)測費用。同時要對測試數(shù)據進行合理分析，才能發(fā)揮到監(jiān)測工作指導施工，避免事故發(fā)生的作用。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家標準.建設工程工程量清單計價規(guī)范（GB50500-2008）.北京：中國計劃出版社，2008.

[2]劉澤俊，李延安，張占，丁鑰，張志好，陳龍，高以寧.新建睢寧二站泵站深基坑施工方案優(yōu)化[J].水電能源科學，2011，（10）： 68-157.

[3] TAN Ye-fei ， ZHOU Zhi-fang. Simulation of solute transport in a parallel single fracture with LBM/MMP mixed method[J]. Journal of Hydrodynamics， 2008， 20（3）：365-372.

作者簡介

卜祥福，男，工程師，豐縣閘站管理處主要負責人。