關(guān)于基坑工程變形監(jiān)測關(guān)鍵要點(diǎn)技術(shù)分析研究

閆宇星

（寧夏建筑科學(xué)研究院股份有限公司，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750021）

引言

在現(xiàn)代化城市建設(shè)中，高層建筑、地鐵項(xiàng)目等工程日益增多，也使深基坑工程向著更寬、更大、更深的方向發(fā)展。深基坑工程作為國家規(guī)定的具有較大危險(xiǎn)性的工程之一，在開挖施工過程中往往會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化、產(chǎn)生位移以及基坑內(nèi)外土體變形等情況發(fā)生，因此風(fēng)險(xiǎn)性較大，稍有不慎，不僅將危及基坑本身安全，而且會(huì)殃及臨近的建筑物、構(gòu)筑物、道路橋梁和各種地下設(shè)施，造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響往往十分嚴(yán)重?；颖O(jiān)測不到位，往往會(huì)造成重大的安全事故發(fā)生。本文主要以某酒店深基坑為例，闡述深基坑監(jiān)測的要點(diǎn)，研究基坑開完變形的規(guī)律，供類似工程的監(jiān)測實(shí)踐參考。

一、基坑變形的影響因素

由于基坑工程安全儲(chǔ)備小，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，所以基坑工程在開挖過程中對周邊建筑物的影響較大?；庸こ淌┕r(shí)應(yīng)在保證自身安全的同時(shí)，確保對周圍建筑物的影響最小，并盡可能保證施工的安全和順利進(jìn)行?；幼冃伪O(jiān)測主要包含：支護(hù)的水平和豎向位移、支撐的軸力、基坑周邊地表的沉降量、基坑周邊建筑物的沉降量、周邊管線的沉降量等?；幼冃蔚闹饕绊懸蛩赜型临|(zhì)條件、支護(hù)體系、施工方法、坑邊堆載、超載等。

二、基坑工程變形監(jiān)測關(guān)鍵控制點(diǎn)技術(shù)分析

（一）監(jiān)測方案的確定

基坑豎向位移監(jiān)測采用導(dǎo)線網(wǎng)法，閉合導(dǎo)線進(jìn)行監(jiān)測。基坑監(jiān)測導(dǎo)線控制網(wǎng)，有兩個(gè)已知點(diǎn)作為高程校核點(diǎn)，每次閉合監(jiān)測后對一個(gè)已知控制點(diǎn)進(jìn)行校核?；又ёo(hù)深層土體位移，監(jiān)測采用垂直于基坑邊線，每0.5m 布置一個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，連續(xù)布置5 個(gè)點(diǎn)，通過監(jiān)測樁后土體的豎向位移，間接反映深層土體的位移變化。錨索的監(jiān)測要求是達(dá)到錨索設(shè)計(jì)值的0.7 倍即為失效。這與錨索的設(shè)計(jì)有關(guān)?；釉O(shè)計(jì)時(shí)，要求錨索的預(yù)加力為0.75～0.90 倍的軸力設(shè)計(jì)值時(shí)，即為設(shè)計(jì)最合理的情況。錨索的鎖定值為軸力設(shè)計(jì)值的0.75～0.90 倍時(shí)，由于錨索存在應(yīng)力損失，所以在錨索變形過程中，當(dāng)錨索值達(dá)到0.75 倍的軸力設(shè)計(jì)值時(shí)，認(rèn)為此時(shí)的預(yù)加力為0.75 倍軸力，加上變形量恰好處于設(shè)計(jì)時(shí)的危險(xiǎn)狀態(tài)。

（二）基坑工程變形監(jiān)測精度

基坑工程變形監(jiān)測在確定好監(jiān)測對象及監(jiān)測項(xiàng)目后，就需要確定合理的監(jiān)測精度。按照《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2016)將變形監(jiān)測位移監(jiān)測的精度分為特等、一等、二等、三等、四等共五個(gè)等級(jí)，各等級(jí)監(jiān)測儀器及監(jiān)測方法均不同?；庸こ套冃伪O(jiān)測精度的高低，是確定監(jiān)測儀器及監(jiān)測方法的根本依據(jù)，也直接決定著監(jiān)測結(jié)果能否起到安全預(yù)警作用、監(jiān)測成本是否合理有效，監(jiān)測精度過高，浪費(fèi)資源、降低工作效率，監(jiān)測精度過低，不能起到安全預(yù)警作用，所以監(jiān)測精度的選定是決定基坑工程變形監(jiān)測成敗的關(guān)鍵控制點(diǎn)?；拥拇笮?、基坑的深度不是確定監(jiān)測精度的唯一因素;基坑工程根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境對變形的適應(yīng)能力和基坑工程對結(jié)構(gòu)本身及周邊環(huán)境可能造成的危害程度的輕重劃分為三個(gè)安全等級(jí)，安全等級(jí)越高、工程重要性系數(shù)越大，對應(yīng)監(jiān)測精度等級(jí)應(yīng)越高，最終監(jiān)測等級(jí)應(yīng)依據(jù)基坑工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案和相關(guān)規(guī)范，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況等條件來確定。

（三）監(jiān)測儀器設(shè)備

用于水平位移監(jiān)測的儀器是leicaTS30 全站儀，測角精度為0.5″，測距精度為±（1mm+1ppm）；用于豎向位移監(jiān)測的儀是瑞士產(chǎn)徠卡DNA003 電子水準(zhǔn)儀（標(biāo)稱精度為±0.3mm/km），2 米條形碼銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺。外業(yè)記錄由儀器自動(dòng)記錄存儲(chǔ)，觀測中超限，則提醒重測。所用測量儀器均經(jīng)過檢定。

（四）深層水平位移

工程深層水平位移較大，相比之下，坑外土體位移比圍護(hù)樁位移大?；娱_挖第一層土（約2.7m 深）時(shí)，基坑深層水平位移較小，其值為14.77mm，CX20#孔（后期因坑外加固被破壞），位于基坑?xùn)|側(cè)中部；基坑開挖第二層土體深層位移有所增加，最大深層位移值為26.81mm，CX23#孔，深度9.5m 的位置，位于基坑?xùn)|南部位；當(dāng)基坑開挖至底板位置時(shí)，水平位移增速較大，最大達(dá)到了64.12mm，CX23#孔，深度14.0m 的位置，位于基坑?xùn)|南角；由于基礎(chǔ)底板未澆筑，深層位移繼續(xù)增加，但幅度不大。底板澆筑完畢到拆除第二道水平支撐的時(shí)間段內(nèi)，深層位移變化不大；拆除第二道水平支撐后，深層位移又有明顯增加。

（五）基坑工程變形監(jiān)測方法

基坑工程變形監(jiān)測方法是一個(gè)系統(tǒng)工程，同一基坑工程變形監(jiān)測有多種監(jiān)測項(xiàng)目，同一監(jiān)測項(xiàng)目有多種監(jiān)測方法。如水平位移監(jiān)測常采用視準(zhǔn)線法、全站儀極坐標(biāo)法、小角度法等;豎向位移監(jiān)測常采用幾何水準(zhǔn)法、三角高程法等;各種內(nèi)力監(jiān)測常采用安裝應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)進(jìn)行量測;各種土壓力監(jiān)測常采用土壓力計(jì)量測;地下水位監(jiān)測常采用水位計(jì)量測等等。監(jiān)測單位如何選定適合本項(xiàng)目監(jiān)測精度、監(jiān)測條件等要求，并符合本單位實(shí)際情況(現(xiàn)有儀器設(shè)備情況、人員技術(shù)水平情況等)，且具有一定合理性、經(jīng)濟(jì)性的監(jiān)測方法尤為關(guān)鍵。結(jié)合實(shí)際變形監(jiān)測工作經(jīng)驗(yàn)，對目前常用的水平位移監(jiān)測方法適用條件分析總結(jié)如下:視準(zhǔn)線法、小角度法用來測定變形體某一特定方向(譬如垂直于基坑維護(hù)體方向)的位移，優(yōu)點(diǎn)是原理簡單、方法實(shí)用、實(shí)施簡便、投資較少，缺點(diǎn)是不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測，受外界條件影響較大。這兩種方法監(jiān)測點(diǎn)與工作基點(diǎn)盡量要布設(shè)在一條直線上(視準(zhǔn)線法監(jiān)測點(diǎn)偏離視準(zhǔn)線的距離不宜大于20mm，小角度法監(jiān)測點(diǎn)偏離視準(zhǔn)線的角度不應(yīng)超30')，這就對場地要求較嚴(yán)，具有一定的局限性。前方交會(huì)法分測角交會(huì)、測邊交會(huì)、測邊角交會(huì)三種，它是利用在兩個(gè)(測邊角)或三個(gè)工作基點(diǎn)(僅測角或測邊)上對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行角度、邊長或組合測量，計(jì)算出監(jiān)測點(diǎn)的平面坐標(biāo)。其最大優(yōu)點(diǎn)是工作基點(diǎn)布置有較大靈活性，同時(shí)觀測2 個(gè)方向的位移;缺點(diǎn)是觀測工作量較大，計(jì)算過程較復(fù)雜。全站儀極坐標(biāo)法屬于邊角測量，它除具有前方交會(huì)法測量的優(yōu)點(diǎn)外，觀測工作量和計(jì)算過程都相對簡單，也是目前常用的水平位移監(jiān)測方法。全站儀自由設(shè)站法，只是在全站儀極坐標(biāo)法的基礎(chǔ)上在測站設(shè)置環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，每次監(jiān)測可根據(jù)當(dāng)時(shí)現(xiàn)場環(huán)境情況選擇合適位置自由設(shè)站，不直接設(shè)站在工作基點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)上，但它必須聯(lián)測3 個(gè)以上基準(zhǔn)點(diǎn)才可保障監(jiān)測精度要求，也是目前常用的水平位移監(jiān)測方法。以上幾種水平位移監(jiān)測方法的基礎(chǔ)原理都是通過測角、測距或角度距離同測，計(jì)算出變形量;用到的主要儀器有經(jīng)緯儀、測距儀或全站儀，儀器的測角、測距精度直接影響監(jiān)測精度及工作量的大小。監(jiān)測單位在選擇監(jiān)測方法時(shí)，應(yīng)首先必須滿足設(shè)計(jì)及監(jiān)測精度要求，其次通過現(xiàn)場場地情況調(diào)查，分析對比各種監(jiān)測方法特點(diǎn)及對本項(xiàng)目的適應(yīng)性，最后結(jié)合本單位的技術(shù)力量、儀器設(shè)備組成、以往監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)，選定出一種或兩種合理易行的監(jiān)測方法。其他像豎向位移監(jiān)測、土壓力監(jiān)測、內(nèi)力監(jiān)測、地下水位監(jiān)測等均可參考以上水平位移監(jiān)測方法確定的原理進(jìn)行優(yōu)化組合，達(dá)到事半功倍的效果。

（六）設(shè)計(jì)方面

項(xiàng)目選址時(shí)應(yīng)盡量選擇地質(zhì)條件比較好的地段，盡量避開軟土、凍土、濕陷性黃土、膨脹土等不良地質(zhì)地區(qū)。在實(shí)際施工過程中，很多情況下實(shí)在不可避免在地質(zhì)條件較差的地段進(jìn)行基坑開挖，此時(shí)應(yīng)采取合理的地基處理方法，如置換法、排水固結(jié)法、灌漿法、加筋法、托換技術(shù)等，以此提高土體的抗剪強(qiáng)度，降低土體的壓縮性和滲透性，改善土的動(dòng)力性能，提高地基承載力。在施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)基坑開挖過程中的變形監(jiān)測，通過一定的技術(shù)手段盡量減少基坑工程的變形量，確保工程的順利進(jìn)行和周邊建筑物的安全和正常使用，盡量減少對周邊環(huán)境的影響?；娱_挖期間，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形可能引起周邊土體下沉，所以通過對周邊地表的監(jiān)測可以判斷基坑開挖時(shí)對周邊環(huán)境的影響。在地下結(jié)構(gòu)施工過程中，采用混凝土澆筑回填至支撐位置再分塊切割支撐，可實(shí)現(xiàn)將圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行換撐的效果，因此支撐拆除過程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊地表變形較小。

（七）觀測墩的制作

觀測墩的制作是監(jiān)測的關(guān)鍵步驟。觀測墩能夠反映出支護(hù)樁的水平位移和豎向位移。觀測墩的關(guān)鍵是用鋼筋頭部的沖擊鉆鉆出方便豎向位移觀測銦鋼尺的底座直立的1～2mm 小孔。

（八）監(jiān)測建議

通過對工程基坑的監(jiān)測，可發(fā)現(xiàn)如下問題：圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，圍護(hù)樁深層水平位移、支撐軸力等均超過設(shè)計(jì)報(bào)警值。因坑底隆起而引起的立柱上浮非常明顯，圍護(hù)樁也是普遍上浮。坑外土體深層水平位移較大，超過報(bào)警值。深層水平位移最大值均出現(xiàn)在坑底標(biāo)高±2.0m 范圍內(nèi)。在降水期間，坑外微承壓水水位下降明顯，說明止水帷幕沒有達(dá)到預(yù)期的止水效果。基坑周邊房屋、道路及管線沉降很大，超過報(bào)警值許多。建議在基坑施工過程中，應(yīng)注意保護(hù)好監(jiān)測點(diǎn)（孔），以免數(shù)據(jù)脫節(jié)，影響對基坑狀態(tài)的準(zhǔn)確評價(jià)；基坑在降水過程中，應(yīng)做到按需降水，只要保證水位下降到開挖面以下約1.0m 即可，在開挖深度較淺時(shí)，不必將抽水泵放到降水井底，以免因抽水過多而引起的周邊環(huán)境的下沉；開挖到底后，應(yīng)加緊墊層和基礎(chǔ)底板施工，在底板施工后，基坑本身的變形速率以及周邊環(huán)境的變形速率就會(huì)明顯減?。换又尾鸪?，換撐應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可以考慮先回填部分土體，以減少拆撐時(shí)圍護(hù)樁應(yīng)力釋放而帶來的基坑及周邊環(huán)境變形。

結(jié)語

基坑工程變形監(jiān)測屬于精密測量范疇，要獲得準(zhǔn)確、有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測精度及監(jiān)測方法的確定至關(guān)重要;要最大意義地發(fā)揮監(jiān)測本身的作用、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析、客觀真實(shí)的監(jiān)測結(jié)論是關(guān)鍵。隨著監(jiān)測儀器、監(jiān)測方法向自動(dòng)化、信息化方向發(fā)展，監(jiān)測效率和監(jiān)測精度都得到長足的進(jìn)步，但監(jiān)測原理及監(jiān)測關(guān)鍵控制點(diǎn)仍然不變。