淺談巖土工程深基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)

摘 要：本文對(duì)巖土工程深基坑主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容與技術(shù)進(jìn)行了介紹，然后通過(guò)工程實(shí)例詳細(xì)的介紹了深基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，指出了監(jiān)測(cè)中應(yīng)注意的問(wèn)題，并針對(duì)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)工程施工采取了相應(yīng)的措施，以確保工程安全順利的進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：深基坑；監(jiān)測(cè)技術(shù)；巖土

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來(lái)，城市空間的利用越來(lái)越大，基坑工程開(kāi)挖規(guī)模、數(shù)量也日益增加，開(kāi)挖深度大幅增加。由于基坑工程涉及到諸多的學(xué)科，受到大量因素的影響，進(jìn)而在巖土基坑工程施工中，往往有著較高的事故發(fā)生率。在基坑工程施工前進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析，在施工中進(jìn)行工程的監(jiān)測(cè)能夠有效的確保工程的精確度、準(zhǔn)確度以及安全性，因此得到了業(yè)界的廣泛的關(guān)注。同時(shí)，由于基坑工程周邊環(huán)境復(fù)雜，具有密集的建筑物、管線，以及較高的環(huán)境保護(hù)要求，因此基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工開(kāi)始重視對(duì)變形的控制。

一、巖土工程深基坑主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容與技術(shù)

（一）基坑支護(hù)位移監(jiān)測(cè)

1 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移和垂直沉降監(jiān)測(cè)

基坑工程中最直接、最重要的觀測(cè)內(nèi)容就在于支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移和垂直沉降監(jiān)測(cè)，其主要目的在于找出基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)任意水平位移、垂直位移與固定參照點(diǎn)相應(yīng)值的變化，構(gòu)成變化曲線圖。該固定參照點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在受深基坑工程施工影響較小的地方，距基坑2倍～3倍開(kāi)挖深度的水平距離之外。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜位移監(jiān)測(cè)

支護(hù)結(jié)構(gòu)的深層撓曲變形觀測(cè)，是通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜位移來(lái)得以體現(xiàn)的，而這也是主要的控制深基坑位移的手段。通常埋設(shè)測(cè)斜裝置以監(jiān)測(cè)，測(cè)斜裝置的構(gòu)成包括了測(cè)斜管、測(cè)斜儀以及測(cè)讀儀。在監(jiān)測(cè)中，測(cè)斜管與支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度應(yīng)保持一致，并延伸至地表，材料通常為PVC測(cè)斜管。

（二）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)力監(jiān)測(cè)

1 支護(hù)結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力監(jiān)測(cè)

對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通常包括了支護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)。其主要目的在于通過(guò)構(gòu)件受力鋼筋應(yīng)力的測(cè)定，然后根據(jù)鋼筋和混凝土共同工作以及變形協(xié)調(diào)條件反算得到。

2 土壓力的監(jiān)測(cè)

土壓力監(jiān)測(cè)通常在圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面埋設(shè)土壓力計(jì)，為保證在澆混凝土?xí)r，避免混凝土不包裹土壓力計(jì)，最好在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外面鉆孔埋設(shè)土壓力計(jì)。

（三）孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

孔隙水壓力的變化，是土層沉降的預(yù)兆，孔隙水壓力監(jiān)測(cè)在地表沉降方面，如對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)引起的基坑開(kāi)挖、地表隆起與沉井下沉的控制中起著十分重要的作用，通常采用孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行土體任意位置的孔隙水壓力量測(cè)。

（四）坑內(nèi)土層監(jiān)測(cè)

坑內(nèi)土層監(jiān)測(cè)指的是對(duì)基底垂直隆起的監(jiān)測(cè)，通常使用的儀器為水準(zhǔn)儀，由于與其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目相比基底垂直隆起并不是主要的破壞形a式，因此不是各個(gè)過(guò)程都進(jìn)行監(jiān)測(cè)的，只在重要性建筑、土質(zhì)較差的建筑物用進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

二、巖土工程深基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

（一）工程概況

某過(guò)江通道 N 線南岸工作井深基坑，工作井屬于典型的盾構(gòu)隧道上岸超深基坑，工作井的開(kāi)挖深度為 29.60m。過(guò)江穿越場(chǎng)地地勢(shì)平坦開(kāi)闊，地面高程為6m～12.3m，相對(duì)高差較小，南岸設(shè)有防洪堤，地表平坦起伏較小，堤頂標(biāo)高+10m左右。工作井場(chǎng)地上部屬第四系松散沉積物，下部為白堊系基巖，自上而下土層為：①雜填土，②粉質(zhì)粘土，③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，④粉質(zhì)粘土夾粉砂，⑤粉細(xì)砂，⑥卵礫石，⑦中等風(fēng)化砂巖。其中基坑開(kāi)挖層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。工程場(chǎng)地含水層為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地下水屬于孔隙潛水并富有水性透水性差。上層潛水水位位于天然地面下 0.20m～1.00m，承壓水水位埋深 56.00m～60.65m，抗浮設(shè)計(jì)水位為天然地面下 0.00m，應(yīng)注意場(chǎng)地的地表水與地下水對(duì)混凝土與鋼筋均具有微腐蝕性。

（二）相關(guān)設(shè)計(jì)

1 支護(hù)與連續(xù)墻施工

工作井凈空 20m×20m，平面外輪廓24.8m×24.8m，底板埋深 29.60m。工程場(chǎng)地地面標(biāo)高與施工場(chǎng)坪標(biāo)高分別為+7.50m與+7.20m。工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)為Φ1200mm的地下連續(xù)墻，深度為 61m，采用支撐系統(tǒng)，7 層圍檁，均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)深度為61m，為確保槽壁穩(wěn)定，防止坍塌，提高地基土承載力，在開(kāi)挖前用水泥攪拌樁進(jìn)行地基土加固。加固深度地下 15m范圍。地下連續(xù)墻施工控制的基準(zhǔn)為導(dǎo)墻，因此在加固完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)導(dǎo)墻施工，結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，做成“┐┌”形，凈寬比地下連續(xù)墻厚度稍寬，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，導(dǎo)墻頂比地面高出至少10cm。地下連續(xù)墻為嵌巖設(shè)計(jì)，采用順槽法成槽開(kāi)挖，泥漿液面保持在地下水位以上 0.5m。布設(shè)鋼筋籠，并在鋼筋籠上設(shè)置鋼筋接駁器，根據(jù)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)在鋼筋籠上安裝基坑監(jiān)測(cè)元件，準(zhǔn)確安裝所有的預(yù)埋件。地連墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，抗?jié)B等級(jí)為 P10、P8。

為確保降水效果，在基坑內(nèi)布置 2 個(gè)井作為水位監(jiān)測(cè)井，并且基坑內(nèi)水位應(yīng)在開(kāi)挖面下 1.0m左右。基坑開(kāi)挖至標(biāo)高-14.90m 時(shí)，開(kāi)啟降壓井進(jìn)行減壓降水。

2 監(jiān)測(cè)

工作井基坑開(kāi)挖深度為 29.60m，屬于深基坑。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形監(jiān)測(cè)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)；周邊地表豎向位移檢測(cè)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向土壓力監(jiān)測(cè)；支撐軸力監(jiān)測(cè)；立柱沉降監(jiān)測(cè)；空隙水壓力監(jiān)測(cè)；地下水位監(jiān)測(cè)；周邊建筑物變形等等。

三、監(jiān)測(cè)技術(shù)與結(jié)果

（一）土體及地下連續(xù)墻側(cè)向變形監(jiān)測(cè)

地下連續(xù)墻墻后土體中埋設(shè)土體側(cè)向變形監(jiān)測(cè)管。在地下連續(xù)墻鋼筋籠入槽前預(yù)安裝在鋼筋籠上，連續(xù)墻體內(nèi)埋設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)管，測(cè)斜管每隔15m～20m布設(shè)（圖1）。測(cè)斜管采用為PVC 管，直徑為70mm，在管內(nèi)設(shè)互相垂直的兩對(duì)導(dǎo)槽，其中互成 180°的一對(duì)導(dǎo)槽對(duì)準(zhǔn)基坑內(nèi)側(cè)，此方向?yàn)楹罄m(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)需要測(cè)量的位移方向，以及土體與地下連續(xù)墻水平位移的主要方向。深層水平位移測(cè)量采用側(cè)斜儀，測(cè)斜儀的系統(tǒng)精度應(yīng)不低于0.25mm/m，分辨率應(yīng)不低于 0.02mm/500mm，系統(tǒng)精度±7mm/30m。

由分析結(jié)果可知，地下連續(xù)墻變形與開(kāi)挖深度相關(guān)：地下連續(xù)墻變形隨著開(kāi)挖深度越大增大；開(kāi)挖深度增大，最大水平位移點(diǎn)下移，且開(kāi)挖前期最大水平位移點(diǎn)下移較快，深開(kāi)挖階段最大位移點(diǎn)區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定。墻后土體變形規(guī)律與地下連續(xù)墻變形規(guī)律高度一致，且變形速率一致，不同開(kāi)挖深度，土體最大位移深度、地下連續(xù)墻最大位移位置大致位于20m處。

（二）墻頂水平位移、豎向位移監(jiān)測(cè)

每處水平位移和豎向位移監(jiān)測(cè)共用 1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距為 10m～15m，測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)支護(hù)方式進(jìn)行。在壓頂梁澆灌時(shí)，在壓頂梁內(nèi)嵌入φ12mm螺紋鋼作為墻頂位移測(cè)點(diǎn)，為方便水平位移觀測(cè)，在測(cè)點(diǎn)鋼筋端頭加鋸十字絲（圖2）。水平位移監(jiān)測(cè)只測(cè)定垂直于基坑邊方向的位移，監(jiān)測(cè)采用視準(zhǔn)軸線法、小角法等施測(cè)，基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)設(shè)置在基坑施工影響范圍外，施測(cè)前應(yīng)校核基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。豎向位移監(jiān)測(cè)采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法，初始高程通過(guò)基點(diǎn)和附近水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)取得。為保證測(cè)量精度，測(cè)量不宜超時(shí)，一旦超時(shí)，應(yīng)重新測(cè)讀后視點(diǎn)。全站儀讀數(shù)最小至 0.1mm，點(diǎn)位相對(duì)中誤差1mm。豎向位移監(jiān)測(cè)測(cè)量精度按國(guó)家二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行。高程控制測(cè)量及首次沉降觀測(cè)采用往返測(cè)或單程雙測(cè)站觀測(cè)方式進(jìn)行，采用單程觀測(cè)進(jìn)行后續(xù)觀測(cè)。每測(cè)站視線長(zhǎng)度≤ 50m，前后視距差≤ 2.0m，視線高度≥ 0.3m。本工程中，地下連續(xù)墻深度為 60m，而實(shí)際墻后土體埋設(shè)測(cè)斜管埋設(shè)深度僅為 44m。根據(jù)限元分析在 44m～60m 區(qū)間土體水平位移并不為0，全部土方開(kāi)挖完成時(shí)，44m處位移量高達(dá) 10mm。因此為確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，墻后土體測(cè)斜管埋置深度應(yīng)達(dá)到地下連續(xù)墻深度。

（三）圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)

自上而下每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面每隔 5m布設(shè)一處測(cè)點(diǎn)，每處測(cè)點(diǎn)布設(shè)迎土面與背土面兩個(gè)鋼筋計(jì)，各斷面測(cè)點(diǎn)≥ 3 處，布設(shè) 6 個(gè)鋼筋計(jì)。鋼筋計(jì)量程應(yīng)為設(shè)計(jì)值的1.2倍，精度≥ 0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。本工程連續(xù)墻彎矩最大點(diǎn)隨著開(kāi)挖深度的增加而逐漸下移，全部土方開(kāi)挖完成，彎矩最大值在深度30m附近。而鋼筋最大拉應(yīng)力>30MPa，受拉側(cè)混凝土拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值，一旦截面開(kāi)裂，鋼筋暴露腐蝕，連續(xù)墻承載力將下降。

（四）支撐軸力監(jiān)測(cè)

支撐軸力監(jiān)測(cè)通常采用鋼筋應(yīng)變計(jì)或混凝土應(yīng)變計(jì)，可將應(yīng)變計(jì)可埋設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者安裝在結(jié)構(gòu)表面。為確保測(cè)試精度，方便保護(hù)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試斷面通常埋設(shè)四只鋼筋計(jì)，安裝在支撐四角受力鋼筋上（圖3）。鋼筋計(jì)量程宜為設(shè)計(jì)值的1.2 倍，精度≥0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。支撐軸力監(jiān)測(cè)工作中發(fā)生應(yīng)變計(jì)失效情況，這是因?yàn)槌隽砍?，?dǎo)致軸力計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)；而且應(yīng)變計(jì)布設(shè)位置部分不合理，應(yīng)變值極小，實(shí)際支撐軸力無(wú)法測(cè)得。所以在條件允許的情況下，應(yīng)對(duì)混凝土應(yīng)變計(jì)補(bǔ)充布置，進(jìn)而供數(shù)據(jù)處理的復(fù)核校對(duì)。

結(jié)語(yǔ)

與普通工程測(cè)量不同，深基坑巖土工程中測(cè)量有著特有的監(jiān)測(cè)目的與特點(diǎn)，測(cè)量方法與傳統(tǒng)的測(cè)量也存在較大的差異。在巖土深基坑監(jiān)測(cè)中，不僅要熟練掌握相關(guān)規(guī)范，同時(shí)要熟練操作儀器設(shè)備，高度重視誤差的來(lái)源和減弱措施，進(jìn)而確保獲得準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高基坑工程施工的整體水平。

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作者簡(jiǎn)介：王淦，性別：男，1973年生，漢族，四川省蓬溪縣人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，巖土工程勘察、設(shè)計(jì)與施工，建筑工程（巖土工程），1997年7月畢業(yè)于成都理工大學(xué)（原成都理工學(xué)院）。