基坑監(jiān)測及防護探討

李虎 張倩

摘 要：本文對基坑監(jiān)測及防護進行了探討，首先介紹了監(jiān)測方法及工作原理，然后結合工程實例對基坑監(jiān)測進行了詳細的介紹，最后根據(jù)監(jiān)測結果分析得到了基坑防護結構設計合理。希望本文對以后基坑監(jiān)測提供借鑒。

關鍵詞：基坑；監(jiān)測；防護

中圖分類號： TU74 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）21-103-3

1 概述

目前各種形式的地下空間正得到大量開發(fā)與利用，與此同時，基坑施工存在很多問題，例如，基坑變形過大、四周土體內(nèi)傾、基底隆起，甚至基坑整體倒塌破壞等，造成嚴重工程事故。這就要求我們對基坑的變形進行監(jiān)測，并能及時地進行預警，減小工程事故發(fā)生的概率。

本文對基坑監(jiān)測方法和監(jiān)測項目進行研究，對基坑進行監(jiān)測，將獲得的數(shù)據(jù)進行分析研究和預測，做到及時預警，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析基坑施工對周圍環(huán)境的影響。這樣會更好地保證基坑周圍建筑的安全以及基坑本身支護結構穩(wěn)定，對人民群眾的生命財產(chǎn)安全有重大的意義。

2 基坑監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測方法分類

以監(jiān)測方法分類，基坑穩(wěn)定性監(jiān)測主要有聲測法、電測法、光測法三大類。

2.1.1 聲測法

物體中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。通過對應力波的接收并轉(zhuǎn)化成圖像，可以判斷基坑的變形情況及穩(wěn)定性。

2.1.2 電測法

電測法為應力測試方法中的一種，主要采用電阻應變片，測量應力前，先將電阻應變片用特殊的膠合劑黏貼在欲測的應變部位，通過電阻應變儀，就可測得相應應變。利用胡克定律或其他理論公式，就可求得應力值。

2.1.3 光測法

光測法是應用光學的基本原理，結合力學的理論，通過數(shù)學工具的推演，以實驗為手段去研究結構物中的位移、應變和應力等力學量的一門學科。主要利用光杠桿原理、光波干涉原理、激光多普勒效應等測量振動量的方法，可以對基坑圍護構件的位移、應變和應力進行觀測?，F(xiàn)在光彈性法、光纖傳感技術和數(shù)字圖像處理技術等，以光彈性法應用較為普遍。光纖傳感和圖像處理是近幾年發(fā)展迅速的基坑監(jiān)測方法。

2.2 監(jiān)測參數(shù)分類

以監(jiān)測參數(shù)分類，基坑穩(wěn)定性監(jiān)測主要包括位移監(jiān)測、應力監(jiān)測兩類。位移（變形）監(jiān)測常用的元件有多點位移計、簡易伸長計、攝影經(jīng)緯儀、全站儀/光電測距儀、激光掃描儀等；此外，GPS（全球定位系統(tǒng)）和RS（遙感）也應用于大型基坑的位移監(jiān)測；光纖傳感技術是新興的應力、應變、溫度無損檢測先進技術。應力監(jiān)測常用的元件有液壓枕、壓力盒、光應力計等。

2.3 監(jiān)測原理簡介

2.3.1 全站儀

在基坑側(cè)向位移（變形）監(jiān)測中，沿監(jiān)測的基坑邊緣線設置一條視準線，在該線的兩端分別設置基準點，并沿基坑邊緣線設置若干個監(jiān)測點。測量時采用全站儀測出各監(jiān)測點對此條基線的偏離值，兩次偏離值之差，就是監(jiān)測點垂直于視準線的水平位移值。

2.3.2 水準儀

水準儀主要用于基坑沉降監(jiān)測，首次監(jiān)測點和基準點的測量要選擇往返觀測，以后各期監(jiān)測均為單程觀測。所有的監(jiān)測點要組成附合水準路線或閉合水準路線，在基準點上附合或閉合。水準儀可以監(jiān)測以下項目：基坑圍護結構的沉降、基坑坑底隆起、基坑周圍地表沉降、基坑周邊建（構）筑物的沉降等。

2.3.3 測斜儀

測斜儀是一種用于測量深部位移的儀器。通常在基坑周邊垂直鉆孔中安裝測斜管，通過測斜儀對測斜管的變形進行觀測。在開始監(jiān)測前，以第一次獲得的數(shù)據(jù)確定測斜管位移的初始斷面。在以后的觀測中，與初始的觀測數(shù)據(jù)相比較，即可確定基坑深部地層變化情況。

2.3.4 鋼筋計

鋼筋計可用于獲取被測量結構物內(nèi)部的鋼筋應力和其所處位置的溫度等數(shù)據(jù)，主要適用于對水下結構物或其他含鋼筋的結構物內(nèi)的鋼筋應力進行長期監(jiān)測。加裝配套附件可組成錨桿測力計、基巖應力計等測量應力的儀器。鋼筋計在基坑監(jiān)測中可以用于量測：基坑圍護結構沿深度方向的彎矩；基坑圍護支撐結構的平面彎矩、軸力等。

2.3.5 孔隙水壓力計

孔隙水壓力計又稱為滲壓計，是指被用于測量構筑物內(nèi)部孔隙水壓力或滲透壓力的傳感器。孔隙水壓力計可以測量基坑周圍任意位置中土體的孔隙水壓力，并根據(jù)孔隙水壓力消散速率控制施工速率，監(jiān)測基坑施工對周圍土體擾動范圍及程度以及基坑開挖的降水情況。

2.3.6 土壓力計

土壓力計又稱土壓力盒，埋設于巖土體內(nèi)部，當巖土體應力發(fā)生變化時，土壓力計中的感應板受到壓力后會產(chǎn)生變形，并將變形信號傳遞給轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成電信號或其他形式的信號。再經(jīng)過電纜傳輸至數(shù)據(jù)顯示與記錄裝置，即可獲得被測結構物的壓應力值與埋設點的溫度值?？梢詼y量基坑圍護結構與土體接觸面的土壓力以及基坑開挖或施工時土體的應力變化。

3 基坑監(jiān)測案例研究

3.1 工程概況

某工程計劃開挖兩層地下室?；映示匦尾贾茫荛L約450m，基坑最大開挖深度為12m，基坑底部絕對標高為+25m，基坑北側(cè)為空地，臨近市政道路，地下室筏板邊線距施工道路及鋼筋堆場最近處約30m；南側(cè)為前期建筑，地下室筏板邊線距施工道路最近處約25m；西側(cè)為空地，地下室筏板邊線距已有Φ2000管線最近處約3.5m，管頂標高約+30m，地下室筏板邊線距施工道路及鋼筋堆場最近處約20m；東側(cè)為水塘，水塘邊線已延伸至進坑內(nèi)部。

3.2 工程地質(zhì)條件

場地表層3-10m為素填土層，各個鉆孔均有揭露，褐紅色，松散，稍濕，主要由人工堆填的花崗巖風化土組成。少數(shù)鉆孔點揭露淤泥質(zhì)土，深灰色，流塑，土質(zhì)粘滑，味臭，含腐殖質(zhì)及少量粉細砂，局部夾粉質(zhì)粘土，層厚1-3.5m。粉質(zhì)粘土分布連續(xù)，各個鉆孔均有揭露，灰黃色，軟塑，土質(zhì)均勻，粘性一般，含少量砂粒，層厚2.5-4.2m?；◢弾r，依其巖石風化程度分為全風化巖、強風化巖、中風化巖和微風化巖4個亞層。

3.3 基坑圍護概況

基坑主要采用外撐加護面的加固形式，加固方法主要有以下幾個：

3.3.1 錨索

采用鉆機成孔，成孔直徑為150mm，錨索采用3×7Φ5鋼絞線，鋼絞線強度標準值為1860MPa。注漿材料選用水灰比為0.5的水泥漿，注漿體強度不低于25MPa，一次注漿壓力為0.8MPa；二次注漿注漿壓力為2MPa二次注漿時間待一次注漿初凝后進行。

3.3.2 支撐體系

本工程的壓頂梁、腰梁混凝土強度等級C30。

3.3.3 攪拌樁

攪拌樁的直徑為550mm，攪拌樁中心距400×400mm，樁身強度≥0.4MPa；攪拌樁強度達設計強度后基坑方可開挖，并保證開挖時攪拌樁有不少于30天的齡期。

3.3.4 錨桿和噴錨

錨桿采用HRB335鋼筋，錨桿采用鉆機成孔，成孔直徑為130mm；錨桿注漿體強度不低于20MPa，注漿壓力為0.8MPa，注漿采用純水泥漿，水泥標號為42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45-0.55；掛網(wǎng)噴射砼：鋼筋網(wǎng)采用Φ6@200×200，加強筋采用Φ16，鋼筋網(wǎng)采用綁扎連接，加強筋及加強筋與土釘?shù)倪B接采用焊接。噴射砼強度等級為C20，噴層厚度為100mm，分兩次噴射。砼面層向上翻過基坑頂1.0m，以形成護坡。

3.4 基坑監(jiān)測

本基坑對支護結構頂部水平位移監(jiān)測、支護結構沉降監(jiān)測、土體側(cè)向變形監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測、土層孔隙水壓力監(jiān)測、地下管線的位移及沉降監(jiān)測和巖土體受施工影響變化進行監(jiān)測。

3.4.1 支護結構頂部水平位移監(jiān)測

選用高精密全站儀進行監(jiān)測，主要監(jiān)測支護結構的水平位移情況。一般將基準點和觀測點設置在基坑兩端穩(wěn)定的建（構）筑物上。對支護結構頂部水平位移的監(jiān)測非常重要。一般每隔5m左右布設—個監(jiān)測點，重要部位適當加密?；娱_挖期間，每隔2天監(jiān)測一次，位移變化較大時每天監(jiān)測多次。

3.4.2 支護結構沉降監(jiān)測

根據(jù)施工場地情況，在基坑邊線的延長線上且穩(wěn)定地層處設置基準點，防止基準點高程變動造成的誤差，在遠離待測基坑的穩(wěn)定處埋設三個水準點作為沉降觀測的基準點并編號。采用相同的觀測線路和觀測時段，從基準點用水準儀測出各測點的高程，根據(jù)高程變化計算得出各測點的沉降。

3.4.3 支護結構受力監(jiān)測

用鋼筋應力計對混凝土攪拌樁樁身中較大應力斷面處進行應力監(jiān)測，并用錨索預應力計對錨索應力進行監(jiān)測，從而預防圍護結構的結構性被破壞。監(jiān)測圍護樁彎矩的監(jiān)測點應盡量布置在基坑四周的中心處，深度方向監(jiān)測點之間的間距一般宜為1.0-2.0m。支撐結構軸力與錨索上的張拉力的監(jiān)測點應設置在其中間部位，每層都應選擇幾個具有代表性的截面進行監(jiān)測。監(jiān)測重要支撐構件的軸力時，還應監(jiān)測其在支點處的彎矩，以及中部和兩端的位移及沉降。

3.4.4 土體側(cè)向變形監(jiān)測

土體側(cè)向變形監(jiān)測是非常重要的一項監(jiān)測，可以反映樁側(cè)向土壓力的大小，幾乎都要求進行監(jiān)測?？稍诨邮┕さ牟煌A段，用電阻應變式或鋼弦式壓力盒監(jiān)測樁身受到的土壓力分布狀態(tài)。監(jiān)測點的間距為0.5m；監(jiān)測頻率一般1次/2天。

3.4.5 建（構）筑物沉降、傾斜監(jiān)測

基坑周圍環(huán)境監(jiān)測的范圍應包含基坑開挖深度3倍以內(nèi)的建（構）筑物等。建（構）筑物沉降量監(jiān)測點一般布置在具代表性的柱身、墻角處或門邊框等特別部位，監(jiān)測點間距一般選擇15-20m，建（構）筑物的沉降、傾斜都不應大于變形限值（沉降為8mm，傾斜度為4/1000）。選取的監(jiān)測點既要充分反映建（構）筑物各個部分的不均勻沉降，又要方便監(jiān)測。監(jiān)測頻率一般為1次/3天。

3.4.6 地面沉降監(jiān)測

沉降板采用底盤為150mm×150mm、厚3mm的鋼板，焊接直立鋼筋條，通過混凝土澆筑埋設于坡頂處。通過全站儀、水準儀進行監(jiān)測，監(jiān)測點間隔15～20 mm為宜，沉降量不大于變形限值（基坑深度的0.10%），監(jiān)測頻率一般1次/3天為宜。

3.4.7 土層孔隙水壓力監(jiān)測

土層孔隙水壓力監(jiān)測一般采用電測式測壓計、振弦式孔隙壓力計和數(shù)字式鋼弦頻率接收儀進行監(jiān)測。

3.4.8 地下水位動態(tài)監(jiān)測

在基坑施工過程中地下水位的變化將直接影響地基的穩(wěn)定性，從而影響圍護結構的穩(wěn)定，因此我們得對地下水位動態(tài)進行監(jiān)測。用電測水位儀測出水位管內(nèi)的水位，在水位管埋設兩周后，各孔水位高程的初始值取前兩次測定計算的平均值。主要獲得地下水位的累計變化曲線，在基坑施工過程中水位管應采取有效的保護措施，防止管孔堵塞、基坑管涌、滲漏等。

3.4.9 基底隆起監(jiān)測

在基坑開挖過程中，由于開挖卸荷導致地基以下土層反彈與隆起。其次，可能是由于基坑支護結構位移變形過大引起的地面隆起，因此，利用全站儀與水準儀對基底進行監(jiān)測是必然的?；娱_挖過程中基底隆起與沉降直接觀察難度較大，可以通過觀測基坑內(nèi)部立柱隆起與沉降，間接反映基底隆起與沉降。

3.4.10 肉眼巡視與裂縫觀測

通過實踐表明，經(jīng)驗豐富的工程技術員每天對基坑施工場地進行肉眼巡視的工作具有重要意義。肉眼巡視的主要監(jiān)測任務是對樁身、基坑附近地表的裂縫、四周建（構）筑物、地面沉降及塌陷、局部管涌等不利于基坑安全的情況進行記錄和分析。肉眼巡視可以用儀器測量裂縫寬度以及其他有效方法手段。

3.5 監(jiān)測結果分析

基坑開挖前，通過靜載荷試驗測試了混凝土攪拌樁的單軸抗壓強度，保證其符合設計要求；在整個的基坑開挖過程中，根據(jù)獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制各沉降監(jiān)測點的累計變化曲線。從監(jiān)測結構得到，隨著基坑第一級開挖，地面開始發(fā)生沉降，待開挖完成后，地面沉降慢慢趨于停止狀態(tài)；但隨著基坑第二級開挖，地面發(fā)生比較大的沉降，開挖完畢后又趨于穩(wěn)定。說明基坑的支護結構設計較為合理，可以保證基坑的穩(wěn)定。

在整個變形過程中，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得到土體水平位移累計變化情況，了解了土體水平位移變化趨勢，在第一級基坑開挖后，土體水平位移達到有監(jiān)測以來最大，短暫趨于穩(wěn)定。隨基坑第二級繼續(xù)開挖，土體位移更加明顯，待基坑全部開完完畢后，水平位移較穩(wěn)定。

根據(jù)基坑施工的巡視記錄，部分支護結構出現(xiàn)細微裂縫，降雨情況下，雨水滲漏對支護結構產(chǎn)生一定影響，導致其土體水平位移變化較大。

從以上數(shù)據(jù)分析結果可以看出，基坑支護結構整體性及穩(wěn)定性較好，滿足設計與施工的要求，土體的位移變形、地面沉降等都在可控變化范圍內(nèi)，符合規(guī)范要求。

4 結束語

在基坑開挖過程中，基坑監(jiān)測是一項重要的內(nèi)容，并且得到越來越多的重視，本文對基坑監(jiān)測方法進行了綜述，并且結合工程實例對基坑監(jiān)測方法進行了詳細的論述，在獲得大量監(jiān)測數(shù)據(jù)后，要對數(shù)據(jù)進行整理和檢驗，將精度不夠或錯誤的數(shù)據(jù)去除，從而真實反映基坑的實際狀態(tài)。通過監(jiān)測結果可以反映出基坑支護結構合理，并且為基坑施工提供了指導建議。

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