復(fù)雜環(huán)境下深基坑工程監(jiān)測工作研究

庹惠斌，邢海青（蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

某醫(yī)院醫(yī)療綜合樓二期內(nèi)科大樓，位于醫(yī)院院內(nèi)原醫(yī)療綜合樓一期東側(cè)。本大樓地下 3 層，地上主樓 23 層，裙房為依次遞減 4、5、6、7 層。

本大樓基坑工程周邊地面標(biāo)高為 1 522.00 m～ 1 525.60 m，±0.000=1 525.30 m；基底標(biāo)高為 1 504.80 m；基坑開挖深度自地面下 17.20 m～20.80 m?；又ёo(hù)采用“土釘墻、排樁、預(yù)應(yīng)力錨桿、內(nèi)支撐”相結(jié)合的支護(hù)方式。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)《巖土工程勘察報告》中的地層揭示：雜填土層厚度為 0.8 m～3.70 m；黃土狀粉土層的埋深為 0.80 m～3.70 m，厚度為 0.6 m～2.0 m；卵石層的埋深為 1.50 m～4.70 m，厚度為 9.6 m～12.80 m；強(qiáng)風(fēng)化砂巖的埋深為 12.7 m～15.1 m，厚度為 2.2 m～3.7 m；中風(fēng)化砂巖的埋深為 15.0 m～17.7 m，層面高程為 1 504.31 m～ 1 506.96 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

場地地下水埋深為 5.40 m～5.90 m，層面高程為1 516.02 m～1 517.02 m 之間。地下水為階地型潛水，主要含水層為卵石層，基巖為隔水層；地下水與黃河水的水力聯(lián)系單一，為階地補(bǔ)給黃河的形式，地下水流向由西南向東北，地下水季節(jié)變化幅度為 0.5 m～1.0 m。

1.3 周邊環(huán)境狀況

（1）西側(cè)為醫(yī)療綜合樓一期，最近距離 5 m，其間有電纜溝、蒸汽管溝。一期工程為地下 3 層、地上 16 層，基底標(biāo)高為 1 508.40 m。

（2）北側(cè)西段為歷史文化保護(hù)古建筑，間距為 32 m，中段區(qū)域?yàn)?1 棟 8 層井樁基礎(chǔ)住宅樓，距基坑邊 7.70 m～7.90 m。

（3）東側(cè)為 1 棟高層商住樓，地下 2 層、地上 18層，筏板基礎(chǔ)，距基坑邊 6.80 m～8.10 m。

（4）南側(cè)為城市中心繁華地帶公交樞紐站，距人行道5.00 m～7.10 m。

依據(jù)以上地質(zhì)、水文、周邊環(huán)境，本基坑工程屬于復(fù)查環(huán)境下的深基坑工程。

2 深基坑工程監(jiān)測的重要性和作用

2.1 深基坑工程監(jiān)測的重要性

在深基坑開挖的施工過程中，基坑內(nèi)外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向被動和主動土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應(yīng)力狀態(tài)的改變（土層應(yīng)力的釋放與調(diào)整）引起土體的變形，即使采取了擋土支護(hù)措施，擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形也是不可避免的。這些變形包括：擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)、周圍土體的側(cè)向位移與沉降，坑內(nèi)土體的沉降等。上述位移的量值如果超出可容許范圍，將會對擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)本身造成危害，進(jìn)而危及基坑周圍的建筑物及地下管線，損害程度將隨個案而異。因此，在深基坑施工過程中，只有綜合、系統(tǒng)地對基坑擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體與地下水動態(tài)以及相鄰的建筑物與地下管線等進(jìn)行監(jiān)測，才能全面了解工程情況，從而確保基坑工程順利開挖。

2.2 深基坑工程檢測的作用

（1）將監(jiān)測結(jié)果與理論預(yù)測值相比較，對后續(xù)的開挖方案與開挖步驟提出建議。

（2）將監(jiān)測結(jié)果與預(yù)測值進(jìn)行比較，以判斷原施工工藝和施工參數(shù)是否符合預(yù)期要求，修改、調(diào)整、確定和優(yōu)化下一步施工參數(shù)，進(jìn)行指導(dǎo)施工。

（3）真實(shí)地反映基坑土體、擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近建筑物與地下管線當(dāng)前所處的狀態(tài)。

（4）客觀地評價監(jiān)測對象的穩(wěn)定程度。

（5）對施工過程中可能出現(xiàn)的險情及時進(jìn)行預(yù)測與預(yù)報，當(dāng)有異常情況發(fā)生時，可立即采取措施，防患于未然，以確保基坑工程施工安全。

3 監(jiān)測單位的選擇和監(jiān)測方案的審核

3.1 監(jiān)測單位的選擇

本工程為復(fù)雜環(huán)境下的深基坑工程，依據(jù)《建筑基坑工程檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，業(yè)主應(yīng)委托具有資質(zhì)的第三方監(jiān)測單位實(shí)施監(jiān)測。

依據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》《建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)資質(zhì)管理規(guī)定》（建設(shè)部 160 號令）中規(guī)定，基坑工程監(jiān)測單位應(yīng)同時具備巖土工程和工程測量兩方面的專業(yè)資質(zhì)。根據(jù)以上要求，協(xié)助業(yè)主編制了招標(biāo)文件，通過公開招標(biāo)選擇了具有綜合資質(zhì)的基坑監(jiān)測單位。

3.2 監(jiān)測方案的審核

（1）審查監(jiān)測單位提交的監(jiān)測方案，核查方案是否經(jīng)檢測單位技術(shù)負(fù)責(zé)人審核批準(zhǔn)，并加蓋單位公章；監(jiān)測方案的文本印刷字體、圖表是否清晰、裝訂是否整齊。

（2）審查監(jiān)測方案內(nèi)容是否完整，應(yīng)至少包括以下內(nèi)容。

①工程概況。

②建設(shè)場地巖土工程條件及基坑周邊環(huán)境狀況。

③監(jiān)測的目的和依據(jù)。

④監(jiān)測內(nèi)容及項(xiàng)目。

⑤基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)與保護(hù)。

⑥監(jiān)測方法及精度。

⑦監(jiān)測期和監(jiān)測頻率。

⑧監(jiān)測報警及異常情況下的監(jiān)測措施。

⑨監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及信息反饋。

⑩監(jiān)測人員的配備。

?監(jiān)測儀器設(shè)備及檢定要求。

?作業(yè)安全及其他管理制度。

（3）針對性審查?；又苓叚h(huán)境調(diào)查是否準(zhǔn)確、翔實(shí)，地下天然氣管線、高壓電力電纜、蒸汽管道是否與提供資料相吻合；監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)是否在內(nèi)力及變形關(guān)鍵特征點(diǎn)上。

4 監(jiān)測工作的實(shí)施

4.1 基準(zhǔn)點(diǎn)

以蘭州市測繪院在現(xiàn)場布設(shè)的4個基準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并經(jīng)實(shí)測取二次平均值為初始觀測值。

4.2 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)體系頂面水平、豎直位移監(jiān)測點(diǎn)。沿基坑上部周邊冠梁，粘貼十字反射片與埋設(shè)固定棱鏡相結(jié)合的標(biāo)志作為監(jiān)測點(diǎn)。

（2）地下水位監(jiān)測點(diǎn)。地下水位監(jiān)測點(diǎn)間距為 40 m～50 m，利用已有降水井作為觀測井。

（3）建筑物沉降及裂縫監(jiān)測點(diǎn)。在基坑周邊 20 m 范圍內(nèi)的建筑物上設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)埋設(shè)在建筑物的豎向結(jié)構(gòu)上，每棟建筑物布設(shè) 3～4 個沉降觀測點(diǎn)。

建筑物裂縫監(jiān)測：在基坑開挖前進(jìn)行裂縫調(diào)查，對典型裂縫布置監(jiān)測點(diǎn)。在裂縫的首末和最寬處各布設(shè)一對裂縫觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)的連線應(yīng)垂直于裂縫。

（4）周邊地表豎向位移監(jiān)測點(diǎn)。周邊地表豎向位移監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在基坑中部垂直坑邊，埋設(shè)于鋼筋混凝土鋼釘作為豎向位移監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)布置，如圖 1 所示。

4.3 監(jiān)測設(shè)備及人員

本工程采用 ZDL7OO水準(zhǔn)儀、TC1700 全站儀、SWJ-90-1 型水位計(jì)進(jìn)行監(jiān)測，儀器在其鑒定周期內(nèi)。在監(jiān)測過程中，做到測站、儀器、人員“三固定”。

（1）監(jiān)測周期。監(jiān)測工作自基坑開挖起至基坑回填，再到自然地坪標(biāo)高以下 1 m 為止，貫穿于基坑工程和地下工程施工全過程。

圖 1 監(jiān)測點(diǎn)布置圖

（2）監(jiān)測頻率。本基坑工程安全等級為一級，當(dāng)監(jiān)測值相對穩(wěn)定時，對于應(yīng)測項(xiàng)目，在無數(shù)據(jù)異常和事故征兆的情況下，監(jiān)測頻率如表 1 所示。

表 1 監(jiān)測頻率表

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)報告

檢測單位嚴(yán)格按照檢測方案制定的檢測頻率進(jìn)行監(jiān)測，每次觀測結(jié)束后，及時進(jìn)行觀測成果檢查，編寫監(jiān)測報告書，向建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位提交監(jiān)測結(jié)果。當(dāng)出現(xiàn)異常情況或變形速率明顯增大時，第一時間通知各參建方。監(jiān)理方及時組織勘察、設(shè)計(jì)、施工方對異常變化做出判斷，對開挖部位、每次開挖深度、預(yù)應(yīng)力錨索位置等進(jìn)行調(diào)整，確保變形始終處于受控狀態(tài)。

（1）主要監(jiān)測成果。自基坑開挖至基坑周邊完成回填，主要監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測結(jié)果如表 2 所示。

表 2 監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測結(jié)果表

（2）自基坑開挖至基坑周邊完成回填?？禹敻鞅O(jiān)測點(diǎn)豎向位移變化趨勢圖，如圖 2 所示。

（3）自基坑開挖至基坑周邊完成回填，坑頂各監(jiān)測點(diǎn)水平位移變化趨勢圖，如圖 3 所示。

6 異常變形情況下的處理措施

6.1 異常變形情況下的檢測措施

當(dāng)開挖至醫(yī)療綜合樓一期連接處部位、接近設(shè)計(jì)深度時，由于該部位水平位移變形，造成該處排水檢查井與排水管連接處滲漏，使砂巖層中的細(xì)砂從支護(hù)樁之間側(cè)壁涌出，引起支護(hù)樁間掛網(wǎng)混凝土局部坍塌。為防止坍塌進(jìn)一步擴(kuò)大，立即采取土方回填、漏水點(diǎn)堵漏措施，同時將部位兩個檢測點(diǎn)監(jiān)測頻率提高到 1 次/2 h，直至變形穩(wěn)定，監(jiān)測頻率恢復(fù)到正常水平。

6.2 檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，采取的應(yīng)當(dāng)措施

（1）基坑?xùn)|側(cè)，開挖至砂巖層時，依據(jù) BJ09、BJ10監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，該部位水平位移已達(dá) 27.85 mm，已接近報警值，同時基坑頂部地面與邊界圍墻產(chǎn)生 18 mm 裂縫，為確保下一步繼續(xù)安全開挖，經(jīng)專家論證，在基坑?xùn)|側(cè) 75號～78 號支護(hù)樁原錨索下方 2 m 處增加一排預(yù)應(yīng)力錨桿，施工后直至開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高，變形未再增加。

圖 2 坑頂各監(jiān)測點(diǎn)豎向位移變化趨勢圖

（2）當(dāng)基坑西南角開挖至距坑底 80 cm 時，該部位監(jiān)測點(diǎn) BJ24 水平位移已達(dá)到 28.00 mm，在基坑頂邊緣地面出現(xiàn)多條 10 mm～20 mm 裂縫，該地面下埋有醫(yī)療綜合樓一期使用的給上排水、蒸汽管道及高壓電纜，一旦出問題，不但給醫(yī)療綜合樓一期的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重后果，而且還威脅到基坑安全。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境分析，確定該部位的變形嚴(yán)格按照 3 cm 的報警值進(jìn)行控制，決定在冠梁下 2.60 m 處再增加一排預(yù)應(yīng)力錨索，施工后開挖至設(shè)計(jì)坑底，變形未增加，所有管道未出現(xiàn)任何問題。

圖 3 坑頂各監(jiān)測點(diǎn)水平位移變化趨勢圖

（3）基坑西側(cè)因緊鄰醫(yī)療綜合樓一期，該樓地下 3層，預(yù)應(yīng)力錨索位置設(shè)計(jì)較低，開挖過程變形較大。當(dāng)開挖至設(shè)計(jì)深度一半、變形已達(dá) 3 cm 報警值時，經(jīng)組織勘察、設(shè)計(jì)、施工以及邀請省內(nèi)知名專家進(jìn)行專題研究論證之后，確定該部位變形控制值以開挖深度的 0.3% 變形量，即 62.40 mm 作為報警值進(jìn)行控制，繼續(xù)開挖不需要采取其他措施。按重新設(shè)定的報警值進(jìn)行監(jiān)測，開挖至坑底后，該部位兩個監(jiān)測點(diǎn) BJ22、BJ23 點(diǎn)水平位移累計(jì)值分別達(dá)到 52.83 mm、56.02 mm 最大值后趨于穩(wěn)定，直至基坑回填，該部位均處于安全狀態(tài)。

7 結(jié) 語

對于基坑工程的變形監(jiān)測，應(yīng)隨開挖過程時時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋施工方，為調(diào)整施工順序和開挖進(jìn)度提供依據(jù)。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，必須及時分析，對下一步變形趨勢和可能的安全隱患做出預(yù)判，并提前采取應(yīng)對措施。對于重大安全隱患部位，必須嚴(yán)格按 3 cm 報警值加以控制，否則應(yīng)采取加強(qiáng)措施；對于變形部位較大但危害性較小的部位，考慮到控制的安全性與經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)按開挖深度的 0.2%～0.3% 變形量設(shè)定報警值。當(dāng)基坑四周環(huán)境存在較大差異時，可分別設(shè)定報警值。本基坑工程從開挖至完成回填，由于檢測工作的精確到位，確保了基坑施工過程中未發(fā)生任何安全質(zhì)量問題。