地鐵基坑樁體深層水平位移監(jiān)測問題的探討

郭剛

（成都軌道交通集團有限公司，四川 成都 610041）

地鐵基坑工程一般采用圍護樁加內(nèi)支撐的形式進行支護，為確保在基坑土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工過程中基坑安全穩(wěn)定，需對圍護樁體水平位移進行安全監(jiān)測。如何有效開展監(jiān)測工作和提高位移監(jiān)測精度，一直都是地鐵工程監(jiān)測關(guān)注的焦點與難點。樁體深層水平位移監(jiān)測常采用在圍護樁內(nèi)預(yù)埋測斜管，使用活動式測斜儀上下滑動的方法來觀測各深度處的水平位移變化量[1]。測斜儀利用重力擺錘始終保持鉛直方向的性質(zhì)，測得儀器中軸線與擺錘垂直線的傾角，當樁體發(fā)生變形時，傾角隨之發(fā)生變化，傾角經(jīng)過電信號轉(zhuǎn)化輸出并在儀器上顯示，通過計算得知被測樁體的深層水平位移變化值。

由于現(xiàn)場安全意識不足及監(jiān)測保護措施不當?shù)仍?，在實際的樁體深層水平位移監(jiān)測過程中，常面臨各種各樣的問題，水平位移監(jiān)測工作無法達到預(yù)期的效果。因此在深基坑樁體水平位移監(jiān)測中，如何保證監(jiān)測工作的有效實施及監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性則顯得十分重要。

1 樁體位移監(jiān)測目的

地鐵基坑具有規(guī)模大、開挖深、周邊環(huán)境復(fù)雜等特點。隨著基坑土方大量外運，整個基坑支護體系在外部綜合作用力下產(chǎn)生變形，樁體深層水平位移的大小是反映圍護結(jié)構(gòu)變形最直觀的表現(xiàn)形式之一，通過對樁體位移的監(jiān)測，可及時了解圍護樁變形情況，當監(jiān)測數(shù)據(jù)過大時，及時通知施工單位采取加密鋼支撐等有效控制措施，避免安全事故發(fā)生[2]。除此之外，將監(jiān)測結(jié)果反饋給設(shè)計單位，為設(shè)計提供更符合工程實際情況的數(shù)據(jù)，可以對現(xiàn)場施工的不利情況加以調(diào)整與改善。

2 存在問題及控制措施

2.1 測斜管預(yù)埋

測斜管的埋設(shè)質(zhì)量是獲得可靠監(jiān)測數(shù)據(jù)和保證測量精度的前提。由于現(xiàn)場埋點經(jīng)驗不足及對現(xiàn)場安全監(jiān)測工作的不重視，常造成測斜管預(yù)埋不規(guī)范，測斜管成活率不高等問題，給后續(xù)監(jiān)測工作留下隱患。

2.1.1 埋設(shè)位置不當

圍護樁施工過程中，監(jiān)測人員未及時預(yù)埋測斜管，造成基坑關(guān)鍵位置缺失測斜管或局部位置測斜管扎堆等現(xiàn)象；測斜管位于基坑內(nèi)側(cè)方向，導(dǎo)致測斜管在基坑開挖過程中極易被破壞；測斜管位于龍門吊軌道區(qū)域等位置，后期極易被軌道或其他設(shè)施遮擋，造成測點破壞。

建議在測斜管預(yù)埋過程中，嚴格按照設(shè)計交底的位置在對應(yīng)圍護樁鋼筋籠內(nèi)綁扎測斜管，確保關(guān)鍵位置埋設(shè)測斜管；測斜管一般放置于基坑外側(cè)方向，同時加強與施工方前期溝通協(xié)調(diào)，避開龍門吊軌道、擋土墻等設(shè)施，確保測斜管不被壓蓋遮擋，可靠穩(wěn)定。

2.1.2 埋設(shè)質(zhì)量不高

測斜管導(dǎo)槽上下對接不順暢，導(dǎo)致后期監(jiān)測時測斜儀導(dǎo)輪出現(xiàn)滑槽等現(xiàn)象；測斜管接口封閉不密實，混凝土澆筑過程中漿液進入測斜管，造成測斜管被堵等現(xiàn)象；鋼筋籠下放過程中扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致測斜管導(dǎo)槽與基坑位移方向存在夾角，導(dǎo)槽方向與基坑變形的方向不一致，監(jiān)測變形量比實際位移情況偏小。

建議測斜管上下對接過程中，確保導(dǎo)槽相互對準、順暢無誤后，在通過螺絲最后固定；在測斜管管口、各段接口、管底等位置通過刷涂膠水、纏繞膠帶、加裝保護蓋等措施，確保測斜管密封、防止混凝土漿液進入管內(nèi)造成測斜管破壞；測斜管在綁扎及鋼筋籠下放過程中，及時通過旋轉(zhuǎn)的方式確保測斜管其中一對導(dǎo)槽與基坑變形方向保持一致。

2.1.3 埋設(shè)深度不足

現(xiàn)場實施過程中，常因各種原因造成測斜管長度不足等現(xiàn)象。建議在測斜管綁扎過程中，樁體位移測斜管預(yù)埋長度不宜小于圍護樁體的深度，土體位移測斜管預(yù)埋長度不宜小于基坑設(shè)計深度的1.5 倍[3]；在圍護樁樁頭破除和冠梁施做過程中，應(yīng)重點做好測斜管的保護工作，發(fā)現(xiàn)測斜管時應(yīng)第一時間接長并妥善保護，避免混凝土碎塊等雜物掉入測斜管內(nèi)造成測斜管深度不足。

2.2 樁體深層水平位移監(jiān)測

監(jiān)測過程中不規(guī)范行為也會給樁體深層水平位移監(jiān)測結(jié)果的準確性造成較大影響，如何有效實施控制措施提高監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性是監(jiān)測工作重中之重。

2.2.1 儀器設(shè)備使用

儀器精度不滿足要求、儀器性能不穩(wěn)定或未在檢定有效期范圍內(nèi)使用等造成數(shù)據(jù)錯誤或較大誤差。建議測斜儀在購買時應(yīng)重點選擇監(jiān)測精度高和性能穩(wěn)定可靠的儀器，儀器電纜長度應(yīng)大于測斜孔的深度。監(jiān)測過程中應(yīng)設(shè)置儀器管理員專門負責儀器設(shè)備的保管、維修和檢校工作；同時建立儀器管理臺賬，包括儀器規(guī)格、性能、精度檢定、使用、修理及移交驗收記錄等情況，保證監(jiān)測儀器性能滿足現(xiàn)場監(jiān)測要求。

2.2.2 測斜讀數(shù)間距

測斜讀數(shù)間距選取過大，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)有誤。如1.0m 間距測量一次，樁體位移變化趨勢雖與真實情況保持一致，但變化絕對值與真實值存在較大的差別。建議測斜讀數(shù)間距與測斜儀探頭導(dǎo)輪的間距相同，一般為0.5m 間距測量一次，等輪距測量才能更真實反應(yīng)樁體變化情況。當測斜管單向傾斜且各段彎曲的曲率變化連續(xù)時，2 倍或多倍輪距測量的結(jié)果才會與單倍輪距測量的結(jié)果保持一致，否則測量結(jié)果就會出現(xiàn)較大的誤差甚至錯誤，極大影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性[4]。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集過程

原始數(shù)據(jù)采集過程中，由于操作不規(guī)范出現(xiàn)數(shù)據(jù)未穩(wěn)定便進行采集或電纜線深度值與儀器記錄深度值不一致等現(xiàn)象，造成測斜原始數(shù)據(jù)記錄有誤。現(xiàn)場監(jiān)測過程中，所有監(jiān)測人員需加強學習、持證上崗、規(guī)范操作，測斜電纜線刻度值與數(shù)據(jù)記錄保持同步，儀器數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定時進行數(shù)據(jù)采集；當外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程出現(xiàn)失誤時，監(jiān)測人員應(yīng)立即停止當前操作，重新開始采集數(shù)據(jù)，確保原始數(shù)據(jù)準確無誤。

2.2.4 現(xiàn)場監(jiān)測頻率

基坑開挖階段，樁體位移監(jiān)測存在頻率不足的問題。人工監(jiān)測頻率一般為1 次/d 或2 次/d，人工采集數(shù)據(jù)具有瞬時性，采集的數(shù)據(jù)極易受到現(xiàn)場復(fù)雜施工環(huán)境的影響；加密監(jiān)測時，人工監(jiān)測作業(yè)量極大，數(shù)據(jù)錯誤、數(shù)據(jù)造假等現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，給數(shù)據(jù)分析和判斷帶來困難。建議有條件的情況下積極研發(fā)和推廣樁體深層水平位移自動化實時監(jiān)測系統(tǒng)，獲取工程實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對圍護樁及基坑安全狀態(tài)評估提供有效的論據(jù)；提前預(yù)警消除可能存在的隱患，確保施工安全[5]。

2.3 數(shù)據(jù)處理分析

樁體深層水平位移數(shù)據(jù)處理分析過程中要充分考慮各種因素可能對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生的影響，綜合判斷并給出科學正確的結(jié)論和良性施工建議。

2.3.1 數(shù)據(jù)計算過程

測斜管管底產(chǎn)生較大位移或測斜管深度不足時，以測斜管底部為起算點造成計算結(jié)果有誤等。建議上述情況測斜計算以管頂作為起算點，從上往下進行計算并結(jié)合樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進行修正[6]；還需建立多級復(fù)核制度，加大原始數(shù)據(jù)、計算過程、成果報告的審核力度，避免出現(xiàn)人為計算錯誤。

2.3.2 周邊環(huán)境荷載

基坑周邊不確定的動態(tài)、靜態(tài)荷載會對基坑產(chǎn)生較大的附加力，對樁體位移監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生較大影響。監(jiān)測人員應(yīng)在外部環(huán)境影響較小時進行數(shù)據(jù)采集，盡量避開大型車輛等不確定的動態(tài)荷載干擾，實在不可避免時，則根據(jù)現(xiàn)場情況做好巡視記錄，在數(shù)據(jù)分析時作為參考，以免影響數(shù)據(jù)結(jié)果對結(jié)論的判定。

2.3.3 水文地質(zhì)地貌

基坑水文及特殊地質(zhì)地貌直接影響基坑的變形情況。雨季連續(xù)的降雨導(dǎo)致土壤中含水量驟增，基坑所受的水土壓力增加，圍護樁變形增大，突遇大雨、暴雨等惡劣天氣，圍護樁常發(fā)生突變現(xiàn)象。當圍護樁處于回填土、殘積土、膨脹性土等不良地質(zhì)中或基坑兩側(cè)地形地貌差距較大時，圍護樁變形較大且呈現(xiàn)特殊的規(guī)律性。因此在數(shù)據(jù)分析時應(yīng)充分考慮特殊地質(zhì)條件、原始地形地貌、基坑地下水位變化及惡劣極端天氣等情況[7]。

2.3.4 特殊支撐設(shè)計

出于基坑及周邊環(huán)境安全考慮，基坑部分支撐常采用混凝土支撐設(shè)計方案，混凝土支撐較鋼支撐而言具有剛度大、整體變形小的特性。在數(shù)據(jù)分析時要充分考慮支撐的布設(shè)形式，鋼支撐與混凝土支撐不同的受力變形特點。

3 監(jiān)測補救措施

在基坑監(jiān)測過程中，監(jiān)測點難免有被堵、破壞、遮擋等問題，造成無法持續(xù)監(jiān)測等。監(jiān)測單位應(yīng)充分結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采取合理的補救措施、及時監(jiān)測、保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

（1）測斜管被堵造成深度不足時，建議測斜管未堵部分仍采用測斜儀監(jiān)測，數(shù)據(jù)處理采用從上往下計算并結(jié)合樁頂水平位移數(shù)據(jù)進行修正；測斜管擁堵部分采用在圍護樁外張貼反射片等使用全站儀監(jiān)測的方法，數(shù)據(jù)處理采用坐標對比的方式進行。

（2）測斜管被壓蓋或被破壞造成無法監(jiān)測時，建議根據(jù)現(xiàn)場施工進度綜合判斷。當基坑土方開挖完成施做主體結(jié)構(gòu)階段時，建議采取加強現(xiàn)場巡視、重點參考其他項監(jiān)測數(shù)據(jù)的方式判定基坑安全與否；當基坑還在土方開挖階段時，建議在圍護樁內(nèi)或圍護樁外側(cè)地表鉆孔重新布設(shè)深層水平位移監(jiān)測點，采用鉆孔法埋設(shè)測點時，測斜管與孔壁之間應(yīng)回填密實。

4 監(jiān)測注意事項

（1）在測斜管預(yù)埋工作中一定要規(guī)范操作、加強監(jiān)測點位的保護，避免造成測斜管擁堵及破壞；基坑重要及關(guān)鍵位置測斜管預(yù)埋必要時應(yīng)加密布設(shè)監(jiān)測點，以達到提高測斜管存活率的目的。

（2）工程開始前，應(yīng)對測斜儀進行全面維修保養(yǎng)，測斜儀探頭在使用過程中一定要輕拿輕放，數(shù)據(jù)采集前對每個測斜孔進行清理，并使用模擬探頭對測斜管滑槽進行檢查，最大限度保證測斜儀探頭的安全。

（3）數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)小心緩慢地將探頭下放至測斜管底部，切忌測斜儀探頭自由下落，以免使探頭急速墜落至測斜管底部造成測斜管及探頭的損壞；讀數(shù)時需保證測斜儀與管內(nèi)溫度基本一致，顯示儀讀數(shù)穩(wěn)定才開始測量。

（4）監(jiān)測過程做好安全知識的宣貫，監(jiān)測人員現(xiàn)場作業(yè)時必須做好安全防護措施，特別是在起重吊裝區(qū)域、擋土墻內(nèi)側(cè)、龍門吊軌行區(qū)域等，應(yīng)著重注意人身的安全。監(jiān)測間隙，監(jiān)測人員應(yīng)整理收納好儀器，絕不可將儀器隨意放置在施工現(xiàn)場造成損壞。

5 結(jié)論及建議

（1）測斜儀作為樁體深層水平位移監(jiān)測最重要的儀器，應(yīng)重點關(guān)注靈敏度、測量精度、穩(wěn)定性及防水性能等參數(shù)；測斜管作為測斜儀上下滑動的通道，應(yīng)重點關(guān)注測斜管的直徑、柔性和剛度等參數(shù)。

（2）地鐵建設(shè)過程中應(yīng)充分發(fā)揮監(jiān)理單位及第三方監(jiān)測單位監(jiān)督管理的職能，加強安全監(jiān)測工作的認識，規(guī)范測斜管預(yù)埋過程，加強對安全監(jiān)測過程的指導(dǎo)管控。確保形成第三方監(jiān)測與施工監(jiān)測優(yōu)勢互補、緊密協(xié)作的安全監(jiān)測風險體系。

（3）加強“按基坑穩(wěn)定控制設(shè)計和按變形控制設(shè)計”和支撐體系的理論研究，進一步完善樁體深層水平位移監(jiān)測預(yù)警體系，做到科學預(yù)警、規(guī)范預(yù)警，保證基坑及周邊環(huán)境安全，使監(jiān)測真正發(fā)揮作用[8]。

（4）自動化監(jiān)測作為監(jiān)測行業(yè)發(fā)展的趨勢能有效減少人為誤差的影響，克服人為監(jiān)測頻率的不足，從長期來看，自動化監(jiān)測無論從成本還是對于建設(shè)過程的風險把控上都比人工監(jiān)測有著較大優(yōu)勢。

（5）樁體深層水平位移監(jiān)測作為基坑監(jiān)測的重要測項，對于基坑的安全分析有著重要的作用。監(jiān)測單位在數(shù)據(jù)分析時應(yīng)充分綜合現(xiàn)場施工、水文地質(zhì)及其他各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合判斷基坑安全。