北京某工程基坑位移監(jiān)測分析

劉偉東 趙麗雅

(解放軍理工大學國防工程學院爆炸沖擊防災減災國家重點實驗室，江蘇 南京 210007)

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北京某工程基坑位移監(jiān)測分析

劉偉東 趙麗雅

(解放軍理工大學國防工程學院爆炸沖擊防災減災國家重點實驗室，江蘇 南京 210007)

結合北京某工程的基坑支護結構及地質條件，從監(jiān)控點的布置、測點的埋設、監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)分析等方面，介紹了基坑變形監(jiān)測體系的設計方法，并對觀測誤差作了分析，指出精度滿足基坑監(jiān)測的要求，對今后類似基坑工程的安全監(jiān)控具有參考價值。

深基坑，位移監(jiān)測，高程基準點，監(jiān)測點

0 引言

基坑開挖會對周邊建筑物帶來不利影響：一是基坑開挖使建筑物的基礎產(chǎn)生沉降和位移，引起建筑物結構破壞；二是支護結構變形和內(nèi)力發(fā)展到一定程度會使上部結構失穩(wěn)和破壞。因此，研究基坑開挖對臨近建筑物的影響具有重要意義。

基坑開挖對鄰近建筑物影響問題，涉及到基坑、土體、支護結構等多方面，分析過程中包含各系統(tǒng)相互影響、相互作用，研究任務復雜、計算量大。從力學角度分析，基坑開挖對鄰近建筑物影響，首先是基坑與土體之間的關系即基坑開挖引起坑外土體沉降和位移，其次是坑外土體與支護結構的關系即坑外土體位移與支護結構位移的耦合作用，最后是建筑物基礎與其上部結構的關系即建筑物基礎在基坑開挖過程中的附加位移和內(nèi)力使其上部結構產(chǎn)生附加位移和內(nèi)力影響建筑物的穩(wěn)定和安全。

1 工程概況

該工程位于北京市區(qū)中心位置，占地面積19 227 m2，其中長420 m，寬50 m；建筑面積42 617 m2，其中地上20 622 m2、地下21 995 m2；地上3層、地下2層，建筑高度17.6 m，筏形基礎，框架結構。

1.1 支護結構

工程基坑長420 m、寬50 m，呈長方形，除基坑北側和基坑南側西南角小部分開挖至-7.77 m外，其余大部分開挖至-10.17 m，土方開挖量約160 000 m3，基坑等級為一級。基坑北側支護主要是利用已竣工圍墻的基礎樁，采用樁錨支護；基坑西、南兩側采用鋼管樁樁錨支護；基坑東側采用土釘墻支護。微型鋼管樁1 005根，預應力錨桿1 000根，土釘墻支護面積約7 000 m2。

1.2 地質條件

經(jīng)現(xiàn)場勘探、原位測試和室內(nèi)土工試驗成果分析評判，某新建工程場地地形較為平坦，地面高程介于44.4 m～46.02 m，屬于沖洪積平原，巖土工程勘察等級為乙級。在鉆探深度20 m范圍內(nèi)，除①，②層組為人工堆積層外，其他地層均屬第四紀沉積地層，地基均勻穩(wěn)定，無不良地質作用，屬中等復雜地基。土層地質條件如表1所示。

表1 土層地質條件

2 豎向位移監(jiān)測方法

本工程豎向位移監(jiān)測及沉降監(jiān)測采用假設高程系統(tǒng)，幾何水準法進行觀測[1]。高程基準點組成基本水準網(wǎng)作為豎向位移及沉降監(jiān)測的高程控制網(wǎng)，并定期進行穩(wěn)定性檢測。

2.1 高程基準點的布設

在基坑施工影響范圍以外的區(qū)域布設3個高程基準點，其中在基坑南側穩(wěn)定的永久性建筑物及東側國家大劇院附屬建(構)筑物上埋設2個墻水準點，在基坑西側草坪埋設1個混凝土普通水準標石水準點，作為豎向位移監(jiān)測及沉降監(jiān)測的高程基準點。埋設方式如圖1，圖2所示。

2.2 高程基準網(wǎng)檢測

2.3 監(jiān)測點布設

分別在基坑土釘墻頂部和護坡樁頂部間隔20 m左右布設1個豎向位移監(jiān)測點。監(jiān)測點的埋設工作隨著基坑施工進度不斷推進，最終在基坑護坡樁樁頂共布設52個豎向位移監(jiān)測點，編號依次為P1～P52號，在基坑邊坡共布設22個豎向位移監(jiān)測點，編號依次為B1，B2，B37～B56號。

2.4 標志埋設

在地面鉆φ25 mm深100 mm的孔洞，將標志涂抹粘合劑后埋入，標志周圍之間的縫隙采用水泥砂漿填實，標志外露50 mm。標志如圖3所示。

根據(jù)擬定方案，在基坑周邊道路上間隔20 m左右布設1個豎向位移監(jiān)測點，共計布設50個點位，點位埋設在基坑四周的瀝青路面。

觀測點標志埋設方式如圖4所示。

在基坑鄰近建筑物的四角、中部等位置分別布設監(jiān)測點。共布設32個點位，編號依次為F1～F22，F(xiàn)4-1，F(xiàn)4-2，F(xiàn)5-1，F(xiàn)7-1，F(xiàn)7-2，F(xiàn)11-1，F(xiàn)14-1，F(xiàn)16-1，F(xiàn)20-1，F(xiàn)21-1號。監(jiān)測點標志埋設方式如圖5所示。

基坑邊坡及護坡樁樁頂豎向位移監(jiān)測、基坑周邊道路豎向位移監(jiān)測、基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測均采用幾何水準法，使用DL-111C型電子水準儀按二級水準測量精度施測，水準觀測的視線長度不大于50 m，前后視距差不大于2 m，前后視距差累計不大于3 m。觀測數(shù)據(jù)采用清華山維工程測量控制網(wǎng)微機平差系統(tǒng)嚴密平差計算，平差后觀測點測站高差中誤差均不大于±0.5 mm，滿足規(guī)范要求。

3 水平位移監(jiān)測方法

基坑邊坡及護坡樁樁頂水平位移監(jiān)測采用假設坐標系統(tǒng)，按基準點、工作點和觀測點三個層次逐級布設，平面基準點埋設在基坑影響區(qū)域以外的穩(wěn)定處，作為位移監(jiān)測工作的基準點。工作點埋設在基坑周邊相對穩(wěn)定且便于觀測處[2，3]。根據(jù)該基坑水平位移監(jiān)測點多，精度要求高，觀測頻率密集的特點，數(shù)據(jù)采集使用了測量機器人技術，確保觀測精度和觀測成果及時提交。

監(jiān)測點采用強制對中方式以提高觀測精度。在工作點架設測量機器人TCA2003，通過觀測工作點與基準點的距離來校正工作點的坐標，同時采用極坐標方法對目標點進行測量。

由于受現(xiàn)場通視條件限制，本次水平位移監(jiān)測在基坑周邊相對穩(wěn)定處埋設8個工作點。工作點標石采用現(xiàn)場澆筑混凝土普通標石，標心刻有0.1 mm粗的“十”字絲或嵌有直徑1 mm的銅絲。埋設規(guī)格如圖6所示。

在基坑回彈和受壓力影響區(qū)域以外穩(wěn)定的建筑物上，選擇與工作點通視的地方粘貼規(guī)格60 mm×60 mm徠卡反射片作為平面基準點，共設13個平面基準點，標志規(guī)格如圖7所示。監(jiān)測過程中，1個工作點分別對應2個平面基準點，工作點與2個基準點連線的夾角近于90°，每次觀測前采用精密測距方法對工作點坐標進行測量修正，從而避免所有監(jiān)測點監(jiān)測的數(shù)據(jù)因工作點變化而受到影響。

在監(jiān)測實施期間，定期對平面基準點進行聯(lián)測，以便核檢平面基準點的穩(wěn)定性。觀測期間共核檢6次，核檢結果表明，在整個監(jiān)測期間平面基準點是穩(wěn)定的。

3.1 監(jiān)測點布設

采用高爐冶煉紅土鎳礦則對渣型要求較高，由于紅土鎳礦主要成分為低鐵、低鈣，高鎂高硅的特殊性，特別是MgO含量較高而CaO含量較低，造渣制度難以參照現(xiàn)代高爐煉鐵工藝的造渣制度，否則渣量將過大，能耗將非常高，同時改變了高爐內(nèi)部熔融態(tài)渣和鐵水的體積比，造成渣層過厚，熱量難以傳到爐缸下部，引起液態(tài)鎳鐵溫度低不易流出。因此根據(jù)渣型特點，很好解釋了為何高爐僅能適應高鐵低鎂類型紅土鎳礦。對高爐來講，其液態(tài)渣一旦落入熔池便無法還原，同時意味著Fe/Ni值無法調(diào)整，而采用側吹浸沒燃燒熔池熔煉工藝處理紅土鎳礦則不會出現(xiàn)該問題。

基坑邊坡及護坡樁樁頂水平位移監(jiān)測點布設方式與豎向位移監(jiān)測點的布設方式一致(水平位移監(jiān)測點與豎向位移監(jiān)測點點位標志共用)。

3.2 監(jiān)測方法

水平位移觀測采用TCA2003自動監(jiān)測系統(tǒng)進行自動觀測，分別對基準點進行距離觀測10測回，監(jiān)測點角度、距離觀測2測回，其中方向1測回內(nèi)2C互差不大于5″，同一方向值各測回互差不大于3″，距離1測回讀數(shù)間較差不大于1 mm，單程測回間較差不大于1.4 mm。觀測數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求。

觀測數(shù)據(jù)檢查無誤后，采用Excel軟件及清華山維工程測量控制網(wǎng)微機平差系統(tǒng)計算，求出位移分量和累計位移分量。

3.3 觀測精度分析

水平位移觀測時，首先進行測站點的坐標修正，鑒于測站點距離基坑還有一定距離，基坑只對垂直于基坑方向有影響，因此對測站點坐標修正只需修正垂直于基坑邊的坐標分量，平行于基坑邊的坐標分量不作修正[4，5]。

測站點誤差為：

(1)

式中：mxg，myg——測站點坐標的分量誤差；

mxg——垂直于基坑邊的分量誤差。

觀測點精度估算如下：

觀測點坐標采用測回法2測回測角，重復精測法測距4次，其坐標計算公式為：

(2)

根據(jù)誤差傳播定律可得：

(3)

(4)

mxi=±0.45 mm,

myi=±1.07 mm。

則，最弱點點位估算中誤差：

因此，本工程中水平位移監(jiān)測精度能夠滿足基坑支護工程變形觀測精度要求。

4 結語

本文通過對北京地區(qū)某新建工程在基坑開挖過程中出現(xiàn)的支護體系設計變更、道路開裂下沉、南側房屋裂縫等情況，運用多種監(jiān)測手段和理論分析方法對基坑周邊環(huán)境的影響進行了研究和分析，得出以下結論：

基坑開挖會對周邊環(huán)境造成一定的影響，臨近建(構)筑物會產(chǎn)生一定的位移和變形，如果設計和施工方案欠佳、施工組織不科學、發(fā)現(xiàn)問題不及時、應急措施跟不上，當出現(xiàn)嚴重不均勻沉降時，不僅危及到工程本身的安全，而且還會對周邊居民的生命和財產(chǎn)造成損失。

通過對基坑工程中樁頂位移、邊坡位移、建筑物沉降、道路沉降研究與分析，對地下水控制不當是造成工程出現(xiàn)問題的直接原因。在基坑工程中加強對支護體系的論證，做好對地下水的控制，并對沉降進行嚴密監(jiān)測，及時處理過度沉降問題，是做好基坑工程安全施工的關鍵。

運用常用的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析方法對基坑周邊環(huán)境的影響起到了預測預警作用，在基坑工程中采用合適的監(jiān)測和分析方法有利于加強對基坑周邊環(huán)境的預判和控制。

[1] 張 洪，易發(fā)成.基坑支護形式及支護技術發(fā)展分析與研究[J].山西建筑，2010,36(31):75-77.

[2] 寇 剛，姚連璧．基坑水平位移監(jiān)測方法的探討[J].地礦測繪，2002,18(4):13-15.

[3] 林澤耿.自由設站法監(jiān)測基坑水平位移[J].廣州建筑，2003(2):36-38．

[4] 熊春寶，潘延玲，岳樹信．基坑水平位移監(jiān)測的方法比較與精度分析[J].城市勘察，1996(4):15-22.

[5] 吳華平．基坑變形監(jiān)測方法及誤差分析[J].建筑安全，2008(9):33-35.

On displacement monitoring analysis of a engineering foundation pit in Beijing

Liu Weidong Zhao Liya

(ExplosionDetonationDisasterPreventionandMitigationKeyLaboratory,DefenseEngineeringCollege,ThePLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Combining with the foundation pit support structure and geological conditions of a engineering in Beijing, from the monitoring point layout, test point laying, monitoring method, data analysis and other aspects, this paper introduced the design method of foundation pit deformation monitoring system, and analyzed the observation error, pointed out that precision meet the requirements of foundation pit monitoring, had reference value for future similar safety monitoring of foundation pit engineering.

deep foundation pit, displacement monitoring, elevation datum point, monitoring point

1009-6825(2016)13-0072-04

2016-02-28

劉偉東(1968- )，男，在讀碩士； 趙麗雅(1992- )，女，在讀碩士

TU196.4

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