高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)研究

曹海春

（山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030031）

隨著建筑物趨于高層化，高層建筑具備基坑大、基坑深的特點(diǎn)，會(huì)給高層建筑造成安全隱患。因此為確保高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證施工安全，必需對(duì)基坑工程進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。通過變形監(jiān)測(cè)，掌握高層建筑基坑工程變形規(guī)律，尋找引起基坑變形的原因，對(duì)項(xiàng)目可能遇到的災(zāi)害性問題進(jìn)行有效性防治，提升建筑物的安全性和穩(wěn)定性。

1 工程概況

融創(chuàng)長風(fēng)壹號(hào)項(xiàng)目位于太原市千峰南路以西，新莊北街以南?；?xùn)|西長約310m，南北長約200m，基坑開挖深度為0.06m?；颖眰?cè)為新莊北街，距離已有建筑46m；東側(cè)為千峰南路，距離已有建筑56m；南側(cè)為新莊南路；西側(cè)為新莊北路，距離已有建筑30m。受本工程施工影響的主要周邊環(huán)境為：基坑?xùn)|側(cè)千峰南路，西側(cè)新莊北路。本基坑支護(hù)工程采用支護(hù)方式為灌注樁+三軸攪拌樁支護(hù)方式。本工程基坑側(cè)壁安全等級(jí)地塊一為一級(jí)。

支護(hù)范圍內(nèi)主要是雜填土、素填土、粉土、粉質(zhì)粘土等。地下穩(wěn)定水位位于自然地表下4.10～6.20m。

2 基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)布設(shè)

在基坑?xùn)|側(cè)，在距離基坑30m外不受施工影響的穩(wěn)定區(qū)域，沿千峰南路從南到北每隔100m布設(shè)1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，共布設(shè)3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（K1～K3）；在基坑西側(cè)，在距離基坑30m外不受施工影響的穩(wěn)定區(qū)域，在地表從南到北每隔100m布設(shè)1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，共布設(shè)3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（K4～K6）。

在基準(zhǔn)點(diǎn)采用洛陽鏟挖直徑約200mm、深度為1.5m的孔，然后將長度為2m的Φ16鋼筋打入孔內(nèi)，并用C20混凝土進(jìn)行澆筑，鋼筋頂部高出地面約10cm，并砌磚保護(hù)。本次水平位移與豎向位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，二者共用。

3 基坑頂部豎向位移及水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

沿支護(hù)樁冠梁頂部每隔20m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，冠梁中部、陽角處重點(diǎn)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)?；又ёo(hù)方式為放坡部分，在止水帷幕上指定的地方用電鉆鉆孔，將頂部帶“+”的Φ16鋼筋打入孔中，頂部高出地面約10cm，用紅磚砌磚保護(hù)，用字模統(tǒng)一噴涂編號(hào)。

本次在基坑頂部共布設(shè)了53個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4 周邊地表豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

用電錘在地表鉆孔，植入Φ12長30cm鋼筋，用植筋膠固定的方法，在基坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)道路地表每隔25m布設(shè)一個(gè)道路地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

本次在基坑?xùn)|側(cè)千峰南路人行道布設(shè)7個(gè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為DB1～DB7，基坑西側(cè)布設(shè)6個(gè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為DB8～DB13。

5 監(jiān)測(cè)方法

5.1 基準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測(cè)

（1）水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量

基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石、標(biāo)志埋設(shè)后，達(dá)到穩(wěn)定后開始觀測(cè)。穩(wěn)定期15d后開始觀測(cè)。

平面控制網(wǎng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系，測(cè)量采用全站儀（徠卡TS11），采用邊角測(cè)量法按二等觀測(cè)等級(jí)要求測(cè)量。其測(cè)量技術(shù)要求符合《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）中相關(guān)規(guī)定。

（2）豎向位移基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量

本次高程控制網(wǎng)采用獨(dú)立高程系，使用電子水準(zhǔn)儀（徠卡DNA03）配一對(duì)2m銦鋼精密條碼尺，按二等沉降觀測(cè)技術(shù)要求測(cè)量，技術(shù)要求符合《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）中相關(guān)規(guī)定。

5.2 豎向位移監(jiān)測(cè)

使用電子水準(zhǔn)儀（徠卡DNA03）配一對(duì)2m銦鋼精密條碼尺，按二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè)。測(cè)量前先將基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)聯(lián)測(cè)，然后將沉降點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)組成閉合環(huán)或附合水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)。

5.3 水平位移監(jiān)測(cè)

使用全站儀（徠卡TS11）采用坐標(biāo)法測(cè)量：在基坑圍護(hù)邊的兩端遠(yuǎn)處各選定一個(gè)穩(wěn)固基準(zhǔn)點(diǎn)K2、K3，用全站儀測(cè)出其坐標(biāo)，以K3為測(cè)站點(diǎn)、K2為定向點(diǎn)，測(cè)得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始坐標(biāo)X0、Y0，監(jiān)測(cè)點(diǎn)本次Xi、Yi與初始值X0、Y0的差值即為該點(diǎn)X、Y累計(jì)位移量。

以上無論是平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)、豎向監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立，還是平面觀測(cè)點(diǎn)、豎向觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)，自始至終都使用同樣的儀器設(shè)備、相同的作業(yè)人員、相同的作業(yè)方法。

6 監(jiān)測(cè)報(bào)警值

（1）根據(jù)圍護(hù)設(shè)計(jì)要求，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)警值如表1所示。

表1 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)警值表

（2）當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，提高監(jiān)測(cè)頻率，并立即進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警，及時(shí)告知設(shè)計(jì)方，并應(yīng)對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境中的保護(hù)對(duì)象采取應(yīng)急措施。

① 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值的累計(jì)值；

② 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)或周邊土體的位移值突然明顯增大或基坑出現(xiàn)管涌、流沙、隆起、陷落或較嚴(yán)重的滲漏等；

③ 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大變形、壓屈、斷裂、松弛或拔出的跡象；

④ 周邊管線變形突然明顯增大或出現(xiàn)裂縫、泄漏等；

⑤ 根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)判斷，出現(xiàn)其他必須進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警的情況。

7 監(jiān)測(cè)成果分析

基坑從開挖到基坑回填完畢階段的主要施工內(nèi)容是土方開挖、底板的澆筑、基坑回填。在本階段內(nèi)所有的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：基坑頂部豎向及水平位移、周邊地表豎線位移。

基坑開挖前，對(duì)基坑頂部豎向及水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)、周邊地表豎線位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行埋設(shè)及初始值測(cè)定。

隨著開挖深度的增加，由于卸載引起的應(yīng)力釋放，勢(shì)必造成圍護(hù)壩體向基坑內(nèi)產(chǎn)生位移，由此造成基坑外土體的變形，相應(yīng)地造成周邊地表的變形。同時(shí)，在土體開挖前，對(duì)基坑進(jìn)行降水，盡管有圍護(hù)結(jié)構(gòu)擋水，也會(huì)造成坑外水位的變化，從而影響周邊環(huán)境。本階段是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的考驗(yàn)期，也是監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)。監(jiān)測(cè)情況如下：

（1）基坑頂部豎向及水平位移

土體開挖后，基坑頂部向下沉降并向基坑內(nèi)產(chǎn)生位移。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，基坑頂部的豎向位移累計(jì)變化量較小，基坑頂部水平位移累計(jì)值個(gè)別點(diǎn)相對(duì)較大，在開挖到一定深度時(shí)都有一個(gè)連續(xù)變形的過程，此過程一般到底板澆筑好以后才逐漸收斂?；娱_挖至基坑回填基坑頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)W1～W53豎向及水平變化較大監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量見表2、表3（表2中數(shù)值“-”為上抬，“+”為下沉）。

表2 地塊一基坑頂部豎向位移累計(jì)變形量統(tǒng)計(jì)表

表3 地塊一基坑頂部水平位移累計(jì)變形量統(tǒng)計(jì)表

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，從基坑開挖到基坑回填，監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移均未超過報(bào)警值，部分基坑頂部水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移累計(jì)值超過報(bào)警值。地塊一最大豎向位移累計(jì)值為：W30，20.33mm；最大水平位移累計(jì)值為：W10，45.30mm。從以上表中可以看出，圍護(hù)頂豎向位移在開挖期間呈一個(gè)連續(xù)變形的曲線，在開挖期間豎向和水平位移變化最大部位主要在靠基坑長邊的中間部位并出現(xiàn)在最先開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高的區(qū)域（即基坑南側(cè)、東側(cè)），圍護(hù)頂?shù)淖冃坞S開挖深度增加、坑外被動(dòng)區(qū)壓力的增大而不斷向坑內(nèi)位移，特別在開挖至坑底底板澆筑前期時(shí)間段的變形速率是較大的，從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，總體變形變化呈平緩趨勢(shì)，未見突變點(diǎn)，詳見圖1。

圖1 基坑變形監(jiān)測(cè)圍護(hù)頂豎向位移變化曲線圖

（2）周邊地表豎向位移

由于基坑開挖土體卸荷作用，圍護(hù)體系產(chǎn)生變形導(dǎo)致周邊土體擾動(dòng)，致使離基坑較近的地表產(chǎn)生下沉，基坑開挖至底板澆筑一周內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量均未超過報(bào)警值，其變形速率在0.01～0.03mm之間，且變形曲線緩和。詳見見圖2、圖3。

圖2 基坑變形監(jiān)測(cè)周邊地表豎向位移變化曲線圖

圖3 基坑變形監(jiān)測(cè)圍護(hù)頂水平位移變化曲線圖

8 結(jié)論及建議

（1）在整個(gè)基坑施工過程中，由于基坑開挖深度較深，其圍護(hù)體的側(cè)向變形較圍護(hù)頂變形大，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)值超過報(bào)警值，由于及時(shí)報(bào)警，并采取相應(yīng)的措施，延緩了沉降的進(jìn)一步增大，確保了基坑的安全。

（2）在基坑開挖過程中，圍護(hù)墻體向坑內(nèi)位移，因而導(dǎo)致周邊地表有較大的沉降，近基坑側(cè)的地表沉降總量未超過警戒值。

（3）從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，對(duì)周邊環(huán)境影響主要發(fā)生在土體開挖階段，因此應(yīng)該加快挖土施工的進(jìn)度，減少基坑暴露的時(shí)間，加快基坑底板的澆筑，以減小基坑的變形，減小基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響。

（4）在整個(gè)施工過程中，加強(qiáng)和完善對(duì)圍護(hù)墻體的變形觀測(cè)，以及對(duì)周邊的水體、建筑物、管線的監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)優(yōu)化施工，即信息化施工是確保整個(gè)圍護(hù)體系穩(wěn)定性的一個(gè)不可缺少的重要措施。