建筑深基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)例分析

祝 侃，桑超杰，李宗杰

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330000）

建筑深基坑地下室監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，臨近水源，四周為現(xiàn)狀道路及已建高層建筑，基坑支護(hù)施工技術(shù)難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)更高?；庸こ淌┕ぶ?，工程的實(shí)際工況與設(shè)計(jì)理論狀態(tài)往往差異較大，設(shè)計(jì)值不能全面、準(zhǔn)確指導(dǎo)施工，必須進(jìn)行第三方基坑監(jiān)測(cè)。

本文結(jié)合工程實(shí)例，探討工程中基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)方法的具體應(yīng)用，總結(jié)數(shù)據(jù)處理和變形分析方法[1-3]。

1 工程概況

本基坑監(jiān)測(cè)工程為房地產(chǎn)綜合體，位于南昌市鳳凰洲，四面均為現(xiàn)狀道路（南側(cè)有高層辦公樓），東臨贛江（最近處不足110m）?；用娣e約23850m2，二層地下室，周長(zhǎng)約620m，基坑開(kāi)挖深度7.60m，局部坑深達(dá)9.60m?；影踩燃?jí)為“一級(jí)”，采用“土釘墻”+“SMW 工法樁”+“錨索”的組合支護(hù)方式。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及設(shè)備

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

本工程設(shè)置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移及豎向位移；深層水平位移；錨索內(nèi)力；地下水位；地表裂縫；周邊地表、管線及道路豎向位移；巡視檢查。

2.2 監(jiān)測(cè)投入的儀器設(shè)備

投入本項(xiàng)目主要儀器設(shè)備：徠卡TS60 全站儀，標(biāo)稱精度（測(cè)角±0.5″；測(cè)距±(0.6mm+1ppm)）；天寶DiNi03 電子水準(zhǔn)儀，標(biāo)稱精度（±0.3mm/km）；XB338-2 測(cè)斜儀（系統(tǒng)總精度：≤±2mm/30m）；JSC-1600 多功能頻率采集儀；XBHV-10 水位計(jì)（最小讀數(shù)1 mm）。

3 監(jiān)測(cè)方案與應(yīng)用

3.1 監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系和高程基準(zhǔn)的選擇與建立

本工程實(shí)例地下室深基坑，大致呈長(zhǎng)方形，基坑邊線與坐標(biāo)北方向不垂直。采集支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移數(shù)據(jù)，主要判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)基坑開(kāi)挖邊線的變形方向和趨勢(shì)，而水平位移變形集中發(fā)生在垂直基坑開(kāi)挖邊線方向。若采用城市（南昌城建）坐標(biāo)系，直接獲取的坐標(biāo)值，不能直接反映出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形情況，必須相對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在基坑邊進(jìn)行坐標(biāo)投影，轉(zhuǎn)換成相對(duì)基坑的坐標(biāo)平移量δX、δY；長(zhǎng)此以往，將給基坑監(jiān)測(cè)分析造成很大的計(jì)算工作。

本工程為矩形基坑，采用縱坐標(biāo)軸(X)平行于基坑長(zhǎng)邊的獨(dú)立坐標(biāo)系，則橫坐標(biāo)軸(Y)垂直于基坑長(zhǎng)邊，縱坐標(biāo)軸(X)垂直于基坑短邊。測(cè)定基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)，用工作基點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其位移量的偏差值將能直觀反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移情況。高程基準(zhǔn)采用假定高程。假定起算水準(zhǔn)點(diǎn)高程，采用閉合水準(zhǔn)測(cè)量方法，測(cè)定基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)的水準(zhǔn)高程。獨(dú)立坐標(biāo)系和高程基準(zhǔn)測(cè)設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)宜共點(diǎn)。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

3.2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)的布設(shè)

基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選設(shè)在3 倍基坑開(kāi)挖深度影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域，或利用已有穩(wěn)定的施工控制點(diǎn)，布設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮利于監(jiān)測(cè)及便于保護(hù)。應(yīng)至少布設(shè)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，布設(shè)成近似等邊三角形網(wǎng)，其三角形內(nèi)角不宜小于30°，組成監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)。另根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選設(shè)2～3 個(gè)工作基點(diǎn)。

3.2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜共點(diǎn)。本工程采用“土釘墻”+“SMW 工法樁”+“錨索”的組合支護(hù)，土釘墻放坡坡頂及工法樁冠梁頂部均應(yīng)布設(shè)水平和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

本工程深層水平位移測(cè)斜管，因“SMW 工法樁”施工工藝為“三軸攪拌樁+插H 型鋼”，樁內(nèi)無(wú)法埋設(shè)，考慮土體位移變形特性，測(cè)斜管埋設(shè)于支護(hù)樁頂冠梁與基坑周邊土釘墻坡腳間土體中。

錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在設(shè)計(jì)計(jì)算受力較大且有代表性的位置，滿足數(shù)量要求并在豎向上宜保持一致。各區(qū)域開(kāi)挖深度不同，本工程錨索分上下兩層。

有止水帷幕的支護(hù)結(jié)構(gòu)，水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜布置在止水帷幕外側(cè)約2m 處。水位監(jiān)測(cè)管的埋置深度（管底標(biāo)高）應(yīng)控制地下水位之下3m～5m。本工程支護(hù)結(jié)構(gòu)“SMW 工法樁”同時(shí)充當(dāng)止水帷幕，在土釘墻坡頂鉆孔埋設(shè)水位管，孔深14m。

在基坑開(kāi)挖影響范圍內(nèi)，布設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部、地表、管線和道路豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。一般采用直接法埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，管線豎向位移也可以采用間接法或套管法設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.3 監(jiān)測(cè)技術(shù)及控制

3.3.1 水平位移監(jiān)測(cè)的控制

水平位移工作基點(diǎn)數(shù)據(jù)采集使用閉合導(dǎo)線測(cè)量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)采用后視定向法，固定人員、儀器、測(cè)量方式和基準(zhǔn)，使用徠卡TS60 全站儀進(jìn)行觀測(cè)?；幼冃乌厔?shì)主要為朝向基坑內(nèi)側(cè)變形。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)初值應(yīng)在不同時(shí)間段，至少采集2 次以上，每次采集4 測(cè)回有效坐標(biāo)取均值，對(duì)比每次坐標(biāo)值，確保誤差值在3.0mm 以內(nèi)，方可取各次均值為該監(jiān)測(cè)點(diǎn)初值。監(jiān)測(cè)期間，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化，對(duì)有位移突變監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)復(fù)測(cè)，同時(shí)檢核人員方法儀器設(shè)備等觀測(cè)條件是否變化，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。

3.3.2 豎向位移監(jiān)測(cè)的控制

豎向位移工作基點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用Trimble DINI03 測(cè)量幾何水準(zhǔn)。本工程高程控制網(wǎng)高程值采用二等水準(zhǔn)測(cè)量方法施測(cè),水準(zhǔn)觀測(cè)按往、返測(cè)進(jìn)行，高程初始值需至少經(jīng)過(guò)2 次復(fù)測(cè)；施工監(jiān)測(cè)期間定期對(duì)高程控制網(wǎng)高程值進(jìn)行檢測(cè)確保其穩(wěn)定性。

3.3.3 深層水平位移的控制

測(cè)斜儀觀測(cè)各深度處墻體或土體中預(yù)埋測(cè)斜管的深層水平位移。測(cè)斜管埋設(shè)及監(jiān)測(cè)注意事項(xiàng)如下：埋設(shè)前應(yīng)檢查測(cè)斜管連接質(zhì)量，測(cè)斜管孔應(yīng)保證垂直度，測(cè)斜管與孔壁之間縫隙需用細(xì)砂回填密實(shí)；一般以上部管口作為深層水平位移相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，每次監(jiān)測(cè)均應(yīng)測(cè)定孔口坐標(biāo)的變化且應(yīng)不超過(guò)一定范圍；測(cè)斜儀應(yīng)下入測(cè)斜管底5～10min，待探頭接近管內(nèi)溫度后再量測(cè)；測(cè)斜儀探頭從管底，按0.5m 間隔依次拉出，記錄各深度位移數(shù)值；每個(gè)監(jiān)測(cè)方向均應(yīng)進(jìn)行正、反兩次量測(cè)，兩次量測(cè)結(jié)果符號(hào)相反，取絕對(duì)值均值作為該監(jiān)測(cè)方向當(dāng)次數(shù)據(jù)[4]。

3.3.4 錨索內(nèi)力的控制

錨索計(jì)選擇應(yīng)根據(jù)索數(shù)、單索設(shè)計(jì)張拉力值計(jì)算錨索計(jì)設(shè)計(jì)應(yīng)承受內(nèi)力值為參考。錨索計(jì)應(yīng)置于墊板和錨索夾具之間。使用千斤頂對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)拉力，多功能頻率采集儀應(yīng)與錨桿張拉設(shè)備儀表相互標(biāo)定，錨索施工完成后應(yīng)對(duì)錨索計(jì)進(jìn)行檢查測(cè)試。監(jiān)測(cè)前應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證多功能頻率采集儀的準(zhǔn)確性和精度。

3.3.5 地下水位的控制

地下水位監(jiān)測(cè)通過(guò)鉆孔埋設(shè)水位管，使用水位計(jì)，測(cè)量各時(shí)段穩(wěn)定水位距管口深度；測(cè)定水位管管口高程，反算各監(jiān)測(cè)期水位高程。水位管應(yīng)在基坑降水前至少1 周埋設(shè)，并逐日連續(xù)觀測(cè)水位并取得穩(wěn)定初始值。

建筑深基坑臨近水源，受降雨影響，地下水位變化很大，長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)降雨甚至?xí)斐苫油鈧?cè)水位與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部平齊；此類基坑對(duì)止水帷幕要求較高，同時(shí)水位超高預(yù)警時(shí)，基坑周邊應(yīng)緊急降水。

3.3.6 基坑巡視

基坑監(jiān)測(cè)工作重點(diǎn)在于防范預(yù)警，及早預(yù)判險(xiǎn)情，控制風(fēng)險(xiǎn)源。常規(guī)可通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變形分析發(fā)現(xiàn)超過(guò)控制及預(yù)警值等異常情況；多數(shù)情況下，基坑巡視中發(fā)現(xiàn)如坡腳冒水、周邊地表裂縫增大等征兆，或基坑周邊堆載重物、強(qiáng)降雨導(dǎo)致水位暴漲等外部環(huán)境變化，都是基坑安全風(fēng)險(xiǎn)加大的指示標(biāo)。

3.4 監(jiān)測(cè)頻率

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目階段劃分“基坑開(kāi)挖前”、“基坑開(kāi)挖至整體底板澆筑完成前”和“整體底板澆筑完成后至基坑回填完畢”三個(gè)階段。第一階段，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)采集初始值；第二階段，大型基坑多分區(qū)域開(kāi)挖、底板澆筑施工，基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)按照施工計(jì)劃分區(qū)域分組，執(zhí)行不同監(jiān)測(cè)頻率，此階段為監(jiān)測(cè)高風(fēng)險(xiǎn)期，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；第三階段相對(duì)為監(jiān)測(cè)低風(fēng)險(xiǎn)期，可適當(dāng)降低監(jiān)測(cè)頻率。

3.5 監(jiān)測(cè)控制與預(yù)警

基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警值應(yīng)滿足基坑工程設(shè)計(jì)、地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及周邊環(huán)境被保護(hù)對(duì)象的控制要求。監(jiān)測(cè)方案應(yīng)通過(guò)建設(shè)單位、監(jiān)理單位審核和基坑設(shè)計(jì)方認(rèn)可，需綜合考慮各項(xiàng)具體因素以確定控制值、變形速率和預(yù)警值。基坑報(bào)警主要參考監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)值、速率及連續(xù)性變化；基坑出現(xiàn)明顯危險(xiǎn)征兆，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，也應(yīng)及時(shí)報(bào)警。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及變形分析

4.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

（1）各監(jiān)測(cè)期采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，要保證基準(zhǔn)條件一致，并且受外界環(huán)境條件（如氣溫、風(fēng)力、人員、設(shè)備等）影響較小。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)初始值出現(xiàn)突變，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢核判斷；不同時(shí)段，多次監(jiān)測(cè)，查明是否為真實(shí)變形。

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)剔除偽數(shù)據(jù)后，應(yīng)根據(jù)真實(shí)數(shù)據(jù)分析變形大致趨勢(shì)，考慮到儀器測(cè)量誤差，直觀體現(xiàn)當(dāng)次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法反映真實(shí)變形情況，需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析取舍，依據(jù)變形趨勢(shì)取值[5]。

4.2 監(jiān)測(cè)變形分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析應(yīng)摒棄唯數(shù)據(jù)論。根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測(cè)頻率，參照控制與預(yù)警值，定期監(jiān)測(cè)與巡視，互相參考，互為印證，準(zhǔn)確把控基坑整體變形趨勢(shì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

統(tǒng)籌分析本工程實(shí)例，建筑深基坑地下室項(xiàng)目基坑設(shè)計(jì)、施工難度較大，危險(xiǎn)源重多，風(fēng)險(xiǎn)較高。基坑監(jiān)測(cè)除應(yīng)保證監(jiān)測(cè)方案合理、可靠、有效，更需恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方式和變形分析方法；真實(shí)反映基坑變形情況，用準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)成果指導(dǎo)施工實(shí)踐，保證施工安全。統(tǒng)計(jì)基坑變形特征和規(guī)律，總結(jié)改進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法，提升基坑監(jiān)測(cè)專業(yè)能力。