基坑位移與沉降監(jiān)測方法研究

袁玉珠

(福建工程學(xué)院交通運(yùn)輸學(xué)院，福建 福州 350108)

基坑位移與沉降監(jiān)測方法研究

袁玉珠

(福建工程學(xué)院交通運(yùn)輸學(xué)院，福建 福州 350108)

基坑工程是城市建設(shè)中一項重要工程，如何科學(xué)、實(shí)時、準(zhǔn)確地分析基坑變形是現(xiàn)代工程測量中的一項重要內(nèi)容。本文結(jié)合某國際廣場基坑工程為例，對支護(hù)樁頂水平位移及沉降等項目進(jìn)行監(jiān)測，分析了基坑水平位移及沉降的變化規(guī)律并對變形原因進(jìn)行了分析，同時驗(yàn)證了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全可靠性。為本地區(qū)相似工程提供了有益參考。

基坑 監(jiān)測 水平位移 沉降 結(jié)果分析

1 引言

近年來隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市可利用土地減少，城市建設(shè)向地下或高空發(fā)展，基坑工程在城市建設(shè)中日益常見?；娱_挖是一個動態(tài)的工程，基坑施工勢必對周邊環(huán)境造成一定的影響。在基坑施工過程中，只有對基坑本身及基坑周邊環(huán)境進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，才能對基坑及周圍環(huán)境的安全性及影響程度做全面的了解，為施工提供安全保障。本文以實(shí)際工程為例，從基坑開挖到回填完成整個過程的基坑樁頂水平位移和基坑沉降進(jìn)行了系統(tǒng)監(jiān)測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為本地區(qū)類似工程提供了有益參考。

2 工程概況

該工程為某國際廣場基坑工程，基坑長135.15m，寬34.05m，基坑開挖深度為5.1m，有承臺位置開挖深度為6.0m。該基坑四周情況復(fù)雜，東側(cè)為道路，南側(cè)距離基坑邊緣十米位置為多層建筑物，西側(cè)為檢察院辦公樓，北側(cè)為售樓部，且售樓部距離地下室外輪廓線很近。

3 監(jiān)測方案及實(shí)施

3.1 基坑監(jiān)測目的

基坑監(jiān)測是指基坑在開挖過程中用精密儀器、設(shè)備對支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境，例如建筑物、道路、地下設(shè)施等的位移、傾斜、沉降、應(yīng)力、開裂、基底隆起等進(jìn)行綜合監(jiān)測，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境的變形、內(nèi)力、穩(wěn)定性狀態(tài)，以及時對工程施工進(jìn)行修正，指導(dǎo)工程順利進(jìn)行。通過對基坑實(shí)時監(jiān)測可以達(dá)到以下目的：通過監(jiān)測掌握土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐體系的工作狀態(tài)信息；通過對量測數(shù)據(jù)的整理和分析，及時確定采取相應(yīng)的施工措施，確保工程安全；通過監(jiān)測，掌握基坑施工中圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降及位移，預(yù)防工程事故發(fā)生；使用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ?，對基坑沉降進(jìn)行預(yù)警，將現(xiàn)場量測結(jié)果和預(yù)測值進(jìn)行比較，判斷施工工藝和施工參數(shù)是否滿足要求，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.2 檢測項目及儀器

該大型基坑采用了采用“懸臂排樁加暗墩”、“排樁加角撐”與“雙排樁加暗墩”的聯(lián)合支護(hù)，為了保證基坑及周邊環(huán)境的安全，必須對基坑支護(hù)進(jìn)行檢測并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，研究基坑的變形規(guī)律。本文監(jiān)測項目及使用儀器見表1。基坑監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖見圖1。

表1 監(jiān)測項目情況表

3.3 基坑水平位移監(jiān)測

基坑水平位移監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)結(jié)合基坑周圍地形地質(zhì)條件和水平位移觀測點(diǎn)的布置與方法等因素確定。

3.3.1 點(diǎn)位埋設(shè)

在施工區(qū)影響范圍之外，通視良好的地方布設(shè)三個基準(zhǔn)點(diǎn)，在基坑的四個轉(zhuǎn)角各埋設(shè)一個工作基點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)組成基準(zhǔn)網(wǎng)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的位置精度直接影響檢測精度，因此施工中要定期監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。工作基點(diǎn)示意圖見圖2。

3.3.2 監(jiān)測方法

(1)小角度法

小角度法主要用于觀測基坑水平位移變形。在遠(yuǎn)離基坑的穩(wěn)定位置選定兩點(diǎn)構(gòu)成基準(zhǔn)線，一點(diǎn)安置全站儀，另一點(diǎn)安置棱鏡，利用全站儀精確測出監(jiān)測點(diǎn)至安置儀器點(diǎn)連線與基準(zhǔn)線夾角的微小變化量αp，小角度法計算位移量原理圖見圖3。

根據(jù)AP的距離S和P點(diǎn)相對于AB的偏移角αp，按公式(1)計算P點(diǎn)計算偏移量Lp。

(1)

由上式可知，水平位移精度受觀測距離S和水平角α的觀測誤差影響。其觀測中誤差為：

(2)

由于水平距離S經(jīng)過觀測后可作為固定值，因此，水平位移的觀測精度的主要因素是水平角觀測精度，因此，應(yīng)采用高精度儀器或增加測回數(shù)來提高水平角觀測精度。

(2)極坐標(biāo)法

極坐標(biāo)法是利用數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)原理，以兩個已知點(diǎn)為坐標(biāo)軸，以其中一個點(diǎn)為極點(diǎn)建立坐標(biāo)系。測定觀測點(diǎn)到極點(diǎn)的距離，測定觀測點(diǎn)至極點(diǎn)的連線與已知坐標(biāo)軸的角度，來計算觀測點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖4。

根據(jù)A、B已知點(diǎn)坐標(biāo)，角度α和距離S，按照下列公式，計算C點(diǎn)坐標(biāo)。

XC=XB+S·cosαBC

(3)

YC=YB+S·sinαBC

(4)

3.4 基坑沉降監(jiān)測

3.4.1 沉降點(diǎn)埋設(shè)

在基準(zhǔn)開挖影響范圍外的穩(wěn)定位置埋設(shè)3個沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)采用在已穩(wěn)定的樁基礎(chǔ)建筑物柱子上鉆孔埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)志，在柱子上離地面約30cm高的位置鉆孔，且深入柱子10cm。沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)示意圖見圖5。監(jiān)測點(diǎn)的埋設(shè)位置根據(jù)布點(diǎn)圖的要求進(jìn)行，支護(hù)樁頂沉降監(jiān)測點(diǎn)與位移點(diǎn)共用。

3.4.2 監(jiān)測方法

沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)組成監(jiān)測網(wǎng)，使用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行監(jiān)測。每次監(jiān)測前首先要監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，且滿足二等水準(zhǔn)觀測要求。沉降監(jiān)測點(diǎn)采用閉合水準(zhǔn)路線，按照二級沉降觀測精度要求進(jìn)行觀測，為減少誤差，監(jiān)測過程必須堅持“三固定”原則，固定儀器、固定人員、固定路線。

4 監(jiān)測結(jié)果分析

該項目施工周期較長，從基坑開挖到基坑回填完成經(jīng)過半年的監(jiān)測，基坑支護(hù)水平位移實(shí)際進(jìn)行了94次監(jiān)測，基坑支護(hù)沉降完成了59次監(jiān)測，監(jiān)測次數(shù)多，數(shù)據(jù)量大。對基坑數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理得到以下結(jié)果。

4.1 支護(hù)樁頂水平位移

通過對水平位移數(shù)據(jù)分析，分別計算各監(jiān)測點(diǎn)本次位移量、位移速率和累計位移量，繪制水平位移曲線見圖6，進(jìn)而從位移速率和累計位移量對各點(diǎn)進(jìn)行分析，分析位移變化的主要原因。

從圖6可以看出，基坑開挖前期變形較小，水平位移速率較慢。樁頂水平位移隨基坑開挖深度的增加而增大，樁頂最大水平位移隨開挖深度的增加逐步向深度發(fā)展。開挖后期趨于穩(wěn)定。受基坑周邊環(huán)境及基坑本身地質(zhì)條件的影響，基坑各監(jiān)測點(diǎn)水平位移差別較大，本工程基坑南北兩側(cè)水平位移較大，其中北側(cè)的S2點(diǎn)、S5點(diǎn)、S6點(diǎn)和S7點(diǎn)的水平位移較大，分別是+62.7mm、+97mm、+128.8mm和+89.5mm。南側(cè)的S9和S12點(diǎn)水平位移變化較大，分別是+115.3mm和+108.7mm。均超過了預(yù)警值50mm，并且均向坑內(nèi)位移?；?xùn)|西兩側(cè)水平位移較小，水平位移最小的點(diǎn)為東側(cè)的S8點(diǎn)，水平位移為-1.2mm。

基坑南北兩側(cè)水平位移很大，超過預(yù)警值，而基坑?xùn)|西兩側(cè)水平位移很小。報告設(shè)計方，從地質(zhì)、設(shè)計和施工三個方面分析了基坑水平位移過大的原因。可能是基坑南北兩側(cè)跨度大，有135米多，而基坑?xùn)|西兩側(cè)跨度小，為34米，基坑支護(hù)安全結(jié)構(gòu)系數(shù)偏小，排水溝設(shè)計不合理。后期采取了一系列技術(shù)處理，加強(qiáng)支護(hù)，對位移超限監(jiān)測點(diǎn)加強(qiáng)觀測，提高了基坑安全性。

4.2 基坑沉降

本項目共進(jìn)行了58次基坑沉降觀測，根據(jù)58次觀測數(shù)據(jù)，計算基坑累計沉降量，繪制基坑沉降過程曲線見圖7。

從圖7可以看出，整個過程基坑沉降速率較小，變化量不大，在所測點(diǎn)中，累計沉降量下沉最大點(diǎn)為S6點(diǎn)，累計沉降量為4.9mm，累計沉降量上升最大點(diǎn)位S2點(diǎn)，累計沉降量為+1.4mm，均小于設(shè)計報警值。

5 結(jié)論

變形監(jiān)測是工程建設(shè)過程中一項重要內(nèi)容，在基坑施工過程中，監(jiān)測數(shù)據(jù)是對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形信息最有利的反應(yīng)。本文對某國際廣場基坑工程水平位移和沉降進(jìn)行了監(jiān)測，

通過對監(jiān)測

數(shù)據(jù)分析可知，該基坑沉降量很小，但由于基坑周邊地質(zhì)及環(huán)境等原因，部分監(jiān)測點(diǎn)水平位移超過預(yù)警值，但是整個過程基坑是安全的，說明基坑的支護(hù)結(jié)果設(shè)計合理，方案可靠，監(jiān)測方法及數(shù)據(jù)處理方法合適，監(jiān)測結(jié)果滿足基坑監(jiān)測的要求。該基坑工程的技術(shù)方案為本地區(qū)相似工程提供了有益參考。

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Research of Displacement and Subsidence Monitoring Method for Foundation Pit

YUAN Yu-zhu

(School of Transportation, Fujian University of Technology, Fuzhou Fujian 350108，China)

Foundation pit engineering is an important project for urban construction, what to do scientific,real-time, accurate analysis to the deformation is an important content for modern engineering survey. Taking an international square foundation pit engineering project as an example, this paper analyzes horizontal displacement and settlement of piles top, and it analyzes the changing rules and cause of horizontal displacement and settlement.at the same time,the monitoring data demonstrates the support scheme is safe and reliable,and it can provides beneficial reference for similar engineering in the region.

foundation pit; monitoring; horizontal displacement; settlement; result analysis

2016-05-12

P258

B

1007-3000(2016)06-4