淺談巖土工程深基坑監(jiān)測技術(shù)

王 淦

（四川省川建勘察設(shè)計院，四川 成都 610017）

淺談巖土工程深基坑監(jiān)測技術(shù)

王 淦

（四川省川建勘察設(shè)計院，四川 成都 610017）

本文對巖土工程深基坑主要監(jiān)測內(nèi)容與技術(shù)進行了介紹，然后通過工程實例詳細的介紹了深基坑監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，指出了監(jiān)測中應(yīng)注意的問題，并針對施工過程中監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的問題對工程施工采取了相應(yīng)的措施，以確保工程安全順利的進行。

深基坑；監(jiān)測技術(shù)；巖土

近年來，城市空間的利用越來越大，基坑工程開挖規(guī)模、數(shù)量也日益增加，開挖深度大幅增加。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行預(yù)測與分析，在施工中進行工程的監(jiān)測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，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)境保護要求，因此基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工開始重視對變形的控制。

一、巖土工程深基坑主要監(jiān)測內(nèi)容與技術(shù)

（一）基坑支護位移監(jiān)測

1支護結(jié)構(gòu)頂部的水平位移和垂直沉降監(jiān)測

基坑工程中最直接、最重要的觀測內(nèi)容就在于支護結(jié)構(gòu)頂部的水平位移和垂直沉降監(jiān)測，其主要目的在于找出基坑支護結(jié)構(gòu)任意水平位移、垂直位移與固定參照點相應(yīng)值的變化，構(gòu)成變化曲線圖。該固定參照點應(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倍開挖深度的水平距離之外。

2支護結(jié)構(gòu)傾斜位移監(jiān)測

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

（二）基坑支護結(jié)構(gòu)體系應(yīng)力監(jiān)測

1支護結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力監(jiān)測

對支護結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力進行監(jiān)測，通常包括了支護結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。其主要目的在于通過構(gòu)件受力鋼筋應(yīng)力的測定，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

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

（三）孔隙水壓力監(jiān)測

孔隙水壓力的變化，是土層沉降的預(yù)兆，孔隙水壓力監(jiān)測在地表沉降方面，如對支護結(jié)構(gòu)引起的基坑開挖、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進行土體任意位置的孔隙水壓力量測。

（四）坑內(nèi)土層監(jiān)測

坑內(nèi)土層監(jiān)測指的是對基底垂直隆起的監(jiān)測，通常使用的儀器為水準(zhǔn)儀，由于與其他監(jiān)測項目相比基底垂直隆起并不是主要的破壞形式，因此不是各個過程都進行監(jiān)測的，只在重要性建筑、土質(zhì)較差的建筑物用進行監(jiān)測。

二、巖土工程深基坑監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

（一）工程概況

某過江通道 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，工作井的開挖深度為 29.60m。過江穿越場地地勢平坦開闊，地面高程為6m～12.3m，相對高差較小，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粉細砂，⑥卵礫石，⑦中等風(fēng)化砂巖。其中基坑開挖層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。工程場地含水層為粉質(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)計水位為天然地面下 0.00m，應(yīng)注意場地的地表水與地下水對混凝土與鋼筋均具有微腐蝕性。

（二）相關(guān)設(shè)計

1支護與連續(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。工程場地地面標(biāo)高與施工場坪標(biāo)高分別為+7.50m與+7.20m。工作井圍護結(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，在開挖前用水泥攪拌樁進行地基土加固。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，因此在加固完成達到設(shè)計強度后，對導(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，混凝土強度等級為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，采用順槽法成槽開挖，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)測方案設(shè)計在鋼筋籠上安裝基坑監(jiān)測元件，準(zhǔn)確安裝所有的預(yù)埋件。地連墻混凝土強度等級C35，抗?jié)B等級為 P10、P8。

為確保降水效果，在基坑內(nèi)布置 2個井作為水位監(jiān)測井，并且基坑內(nèi)水位應(yīng)在開挖面下 1.0m左右?；娱_挖至標(biāo)高-14.90m 時，開啟降壓井進行減壓降水。

圖1　測斜管埋設(shè)示意圖

2監(jiān)測

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

三、監(jiān)測技術(shù)與結(jié)果

（一）土體及地下連續(xù)墻側(cè)向變形監(jiān)測

地下連續(xù)墻墻后土體中埋設(shè)土體側(cè)向變形監(jiān)測管。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)圍護結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測管，測斜管每隔15m～20m布設(shè)（圖1）。測斜管采用為PVC 管，直徑為70mm，在管內(nèi)設(shè)互相垂直的兩對導(dǎo)槽，其中互成 180°的一對導(dǎo)槽對準(zhǔn)基坑內(nèi)側(cè)，此方向為后續(xù)監(jiān)測時需要測量的位移方向，以及土體與地下連續(xù)墻水平位移的主要方向。深層水平位移測量采用側(cè)斜儀，測斜儀的系統(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)墻變形與開挖深度相關(guān)：地下連續(xù)墻變形隨著開挖深度越大增大；開挖深度增大，最大水平位移點下移，且開挖前期最大水平位移點下移較快，深開挖階段最大位移點區(qū)域相對穩(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

每處水平位移和豎向位移監(jiān)測共用 1個測點，測點間距為 10m～15m，測點布置根據(jù)支護方式進行。在壓頂梁澆灌時，在壓頂梁內(nèi)嵌入φ12mm螺紋鋼作為墻頂位移測點，為方便水平位移觀測，在測點鋼筋端頭加鋸十字絲（圖2）。水平位移監(jiān)測只測定垂直于基坑邊方向的位移，監(jiān)測采用視準(zhǔn)軸線法、小角法等施測，基準(zhǔn)點和工作基點設(shè)置在基坑施工影響范圍外，施測前應(yīng)校核基準(zhǔn)點和工作基點的穩(wěn)定性。豎向位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)測量方法，初始高程通過基點和附近水準(zhǔn)點聯(lián)測取得。為保證測量精度，測量不宜超時，一旦超時，應(yīng)重新測讀后視點。全站儀讀數(shù)最小至 0.1mm，點位相對中誤差1mm。豎向位移監(jiān)測測量精度按國家二等水準(zhǔn)要求進行。高程控制測量及首次沉降觀測采用往返測或單程雙測站觀測方式進行，采用單程觀測進行后續(xù)觀測。每測站視線長度≤ 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，而實際墻后土體埋設(shè)測斜管埋設(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，全部土方開挖完成時，44m處位移量高達10mm。因此為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，墻后土體測斜管埋置深度應(yīng)達到地下連續(xù)墻深度。

圖2　墻頂水平位移點位埋設(shè)示意圖

（三）圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測

自上而下每個監(jiān)測斷面每隔 5m布設(shè)一處測點，每處測點布設(shè)迎土面與背土面兩個鋼筋計，各斷面測點≥ 3處，布設(shè) 6 個鋼筋計。鋼筋計量程應(yīng)為設(shè)計值的1.2倍，精度≥ 0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。本工程連續(xù)墻彎矩最大點隨著開挖深度的增加而逐漸下移，全部土方開挖完成，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)計值，一旦截面開裂，鋼筋暴露腐蝕，連續(xù)墻承載力將下降。

（四）支撐軸力監(jiān)測

支撐軸力監(jiān)測通常采用鋼筋應(yīng)變計或混凝土應(yīng)變計，可將應(yīng)變計可埋設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者安裝在結(jié)構(gòu)表面。為確保測試精度，方便保護測點，測試斷面通常埋設(shè)四只鋼筋計，安裝在支撐四角受力鋼筋上（圖3）。鋼筋計量程宜為設(shè)計值的1.2倍，精度≥0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。支撐軸力監(jiān)測工作中發(fā)生應(yīng)變計失效情況，這是因為超出量程，導(dǎo)致軸力計算結(jié)果不準(zhǔn)；而且應(yīng)變計布設(shè)位置部分不合理，應(yīng)變值極小，實際支撐軸力無法測得。所以在條件允許的情況下，應(yīng)對混凝土應(yīng)變計補充布置，進而供數(shù)據(jù)處理的復(fù)核校對。

圖3

結(jié)語

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

［1］齊術(shù)京，王長龍.深基坑巖土工程施工中的監(jiān)測技術(shù)的處理［J］.科技信息，2011（06）：351-352.

［2］丁鑫.深基坑施工中支護結(jié)構(gòu)分析與監(jiān)測技術(shù)研究［D］.武漢理工大學(xué)，2014.

［3］蔣宿平.基坑監(jiān)測技術(shù)的研究與應(yīng)用［D］.中南大學(xué)，2010.

［4］劉艷.深基坑監(jiān)測技術(shù)及進展［J］.山西建筑，2007（32）：117-118.

TU473

A

王淦，性別：男，1973年生，漢族，四川省蓬溪縣人，高級工程師，大學(xué)本科，巖土工程勘察、設(shè)計與施工，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）。