基坑圍護結構監(jiān)測分析

摘 要：【目的】為了保障基坑施工安全，需要對基坑圍護結構實施變形監(jiān)測并對變化規(guī)律進行研究?！痉椒ā恳孕锣l(xiāng)市某房建工程深基坑開挖為對象，結合當?shù)氐刭|情況，通過建立變形測量控制網(wǎng)，對基坑開挖過程中圍護結構形變情況及周邊建筑物沉降情況進行定期監(jiān)測?！窘Y果】研究表明，圍護結構墻體向基坑內位移趨勢明顯，位移極大點隨開挖深度下移，本基坑最大位移離開挖面向下1～2 m；周邊建筑物變形位移量與至基坑的距離具有相關性，距離遠則沉降量小，距離近則沉降量大，土方回填結束后沉降趨于穩(wěn)定?！窘Y論】針對基坑監(jiān)測探討了三類常見問題并提出了糾正措施，提高了基坑監(jiān)測技術應用的有效性，保證了基坑施工過程的穩(wěn)定性與安全性。

關鍵詞：基坑施工；變形監(jiān)測；圍護結構；建筑物沉降

中圖分類號：TU753" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）13-0065-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.013

Monitoring Analysis of Foundation Pit Retaining Structure

FENG Linlin ZHANG Bonan LIU Bin

（China Construction Seventh Engineering Bureau Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000，China）

Abstract： [Purposes] In order to ensure the safety of foundation pit construction， it is necessary to monitor the deformation of foundation pit retaining structure and study the variation law. [Methods] Taking the deep foundation pit excavation of a housing construction project in Xinxiang City as an object， this paper combines the local geological conditions， and carries out regular monitoring of the deformation of the enclosure structure and the settlement of the surrounding buildings during the excavation of the foundation pit by establishing a deformation measurement control network. [Findings] It was found that： the wall of the enclosure structure to the pit displacement trend is obvious， the maximum displacement point moves down with the excavation depth， and the maximum displacement of the foundation pit is 1 ～ 2 m away from the excavation face; the settlement is small when the distance is far， and the settlement is large when the distance is close. The settlement tends to stabilize after the end of the backfilling of the earth.[Conclusions] This study discusses three types of common problems and proposes corrective measures for pit monitoring， which improves the effectiveness of the application of pit monitoring technology and ensures the stability and safety of the pit construction process.

Keywords： pit construction; deformation monitoring; enclosure structure; building settlement

0 引言

隨著我國城市化建設的發(fā)展，土地資源日趨緊張使充分開發(fā)利用地下空間成為城市化建設的目標之一［1］。隨著地下空間開發(fā)的不斷推進，基坑工程在數(shù)量上急劇增加，深度規(guī)模也不斷加大，同時基坑工程事故也頻發(fā)。唐業(yè)清等［2］對160起基坑事故進行調查統(tǒng)計，統(tǒng)計結果表明造成基坑事故發(fā)生最主要的原因是設計和施工問題，兩者占總數(shù)的80%以上。

合理的支護方案［3-4］、準確的監(jiān)測分析［5-6］、完善的施工技術［7］是基坑工程安全施工的保障。如何在狹小且緊鄰建筑物的復雜環(huán)境下組織施工，在保證基坑工程安全性的同時有效地控制周邊建筑物和土體的變形，這些都對基坑工程的設計和施工提出了更高的要求。本研究通過定期監(jiān)測基坑施工的形變數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和預測危險情況，并評估危險的發(fā)展階段，為修正設計方案和保證施工安全提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

該項目由10棟建筑物和一個大型地下車庫組成，建筑面積約10 000 m2。本次監(jiān)測數(shù)據(jù)選用地下車庫基坑開挖階段所測數(shù)據(jù)，基坑周邊環(huán)境復雜，5#至7#樓及10#樓主體均已施工完畢，建筑高度達125 m，北側10#樓與開挖基坑僅相隔 1.0 m，東側5#至7#樓距基坑僅2.0 m，這四棟樓是本次監(jiān)測的重點部位，南側是大王村，西側是京廣鐵路，離基坑邊緣約50 m。

基坑設計開挖深度約10 m，主要采用鉆孔灌注加鋼支撐作為擋土結構，采用深攪拌樁作為止水帷幕。設計要求基坑內土方分層、分塊對稱開挖、先撐后挖，挖到設計標高時輔碎石并澆筑混凝土墊層。本基坑工程主要特點為周邊環(huán)境復雜、支護面積大、周期長。工程概況如圖1所示。

2 基坑監(jiān)測方案

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50497—2019）規(guī)定，基坑開挖深度大于等于5 m或小于5 m，但地質情況和周圍環(huán)境復雜，以及需要監(jiān)測的基坑工程都應進行基坑監(jiān)測。為保證建筑基坑在整個施工和使用過程中安全可靠，并能較好反映監(jiān)測對象的實際狀態(tài)及其變化趨勢，需要進行的主要變形監(jiān)測項目包括水平位移監(jiān)測、豎向位移監(jiān)測、深層水平位移監(jiān)測和傾斜監(jiān)測等。

2.1 控制網(wǎng)布設

控制點的布設點位應根據(jù)監(jiān)測點的分布情況來確定，每個單位工程至少應有三個相對穩(wěn)定的控制點，工作基點應選在相對穩(wěn)定的位置。該工程監(jiān)測點布置如圖2所示。

2.1.1 樁頂水平、豎向位移監(jiān)測。樁頂圈梁每隔15～20 m左右選擇一個點，共10個點，編號為WZ1～WZ10，設鋼釘作為測量標志。

2.1.2 周圍建筑物沉降觀測。10#樓共布設6個沉降觀測點，編號為C1～C6。在東側基坑邊緣5#至7#樓每棟布設4個沉降觀測點，編號為C7～C18。

2.1.3 深層水平位移監(jiān)測。鉆孔埋設側斜管，基坑北邊埋設2根，東邊埋設5根，編號為CX1～CX7，側斜孔深度為20 m。

2.2 基坑監(jiān)測預警

基坑監(jiān)測預警主要包括以下幾方面：①基坑圍護結構樁頂水平位移、豎向位移變化速率連續(xù)3 d達到4.2 mm/d，豎向位移變化量累計值為30 mm，水平位移變化累計值為35 mm。②周邊建筑物豎向位移變化速率2 mm/d或連續(xù)3 d達到1.4 mm/d，變化累計值為10 mm。③基坑圍護結構支撐體系出現(xiàn)過大形變、壓彎、斷裂；基坑出現(xiàn)滲漏、流沙、管涌、隆起或陷落；基坑圍護結構或周邊土體的位移出現(xiàn)異常情況等；鄰近建筑物的受力部分、周邊地面出現(xiàn)可能繼續(xù)發(fā)展以及擴大的變形裂縫或較嚴重的突發(fā)裂縫時。

當出現(xiàn)上列情況之一時，情況比較嚴重，應立即停止施工，并對基坑圍護結構和周邊的保護對象采取應急措施［8］。

2.3 基坑監(jiān)測方法

在基坑監(jiān)測中，建筑物及基坑圍護結構的豎向位移采用水準儀測量，水平位移采用經(jīng)緯儀測量，圍護樁體深部水平位移采用測斜儀測量。

2.3.1 水平位移監(jiān)測。水平位移常用觀測方法有小角法、視準線法、導線法、前方交會法等，本監(jiān)測采用視準線法。視準線法是沿基坑的每條直線邊建立軸線，并在直線邊上布設水平位移點，將軸線用經(jīng)緯儀投影至地面上，用鋼尺測量位移點到軸線的偏距E，某監(jiān)測點本次E值與初始的E值之差值即為該點累計位移量；本次E值與前次E值的差值為該點本次位移變化量。視準線法的特點是操作簡單，工程造價低，但精度低，不易實現(xiàn)全自動觀測，受外界條件影響大。

2.3.2 豎向位移測量。豎向位移監(jiān)測即沉降觀測，一般有幾何水準法、液體靜力水準法和三角高程等方法。根據(jù)本工程的結構和地段特點，選擇幾何水準法。在遠離基坑區(qū)穩(wěn)定的地方選擇3個基準點，用二等水準精確測量其高差。在各監(jiān)測點與工作基點之間采用二等水準進行觀測，觀測2次取均值作為監(jiān)測點的初始高程，上一次高程減去本次高程作為本期沉降量，初始高程減去以后每次高程為累計沉降量，向下為沉降的正方向［9］。

2.3.3 深層水平位移監(jiān)測?；娱_挖前，由鉆機在選定的點位上鉆孔到預定深度，將PVC側斜管埋入土體后填實。測量時，將BC-1型應變式測斜儀（靈敏度為[0.48 mm/με0]）探頭與標有刻度的信號傳輸線連接，信號線另一端與AY02型電阻式應變儀相連，將測斜儀沿管內的定向槽放入管中滑至管底，每隔0.5 m距離向上拉線讀取數(shù)據(jù)，傾角的變化由電信號轉換，經(jīng)處理換算后推算出測斜管各測點的位移值。

3 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 樁頂位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

基坑從3月10日開始開挖，開挖深度約10 m，于5月1日回填土完畢，其間對基坑進行水平位移觀測共計52次?；油练介_挖邊線距離北側建筑物較近，開挖過程中監(jiān)測點水平位移量大，位移速率明顯加快。樁頂水平、豎向位移如圖3所示。由圖3（a）可知，監(jiān)測點WZ6、WZ7在3月15日—4月10日基坑向北開挖期間，水平位移變化率逐漸加快，為有效控制位移速率，施工方在觀測點WZ5、WZ6至WZ10分別進行了鋼支撐加固措施，在4月7日左右變化速率明顯減緩。通過分析圖3（b）數(shù)據(jù)得出，監(jiān)測點WZ4至WZ10累計水平位移量超過預警值35 mm，監(jiān)測點WZ6-WZ10累計豎向位移量超過預警值10 mm，在施工過程中應加強北側基坑的變形監(jiān)測并及早采取控制措施。

3.2 周邊建筑物沉降位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本研究觀測周邊建筑物沉降共選取了18個點，均勻分布在4棟樓的四個角，其中10#樓布設6個沉降觀測點，編號為C1～C6，在東側基坑邊緣3棟住宅樓每棟布設4個沉降觀測點，編號為C7～C18。

從3月10日開始對周邊建筑物進行沉降位移觀測，至4月30日觀測結束?；硬捎梅謱娱_挖，開挖方向由南向北，由西向東。在節(jié)點3月31日，第一層土方開挖至基坑北側及東側邊緣，基坑周邊建筑物每周沉降趨勢如圖4所示。由圖4可知，此段時間5#、6#、7#、10#樓平均沉降速率達0.3 mm/d，未達到監(jiān)測預警值2 mm/d，屬于沉降可控范圍內。此后繼續(xù)開挖第二層土方，由圖4可知，此后四棟樓沉降速率明顯加快，平均沉降速率達0.36 mm/d。為保證開挖安全性，降低累計沉降量，采取鋼支撐加固圍護措施并放慢開挖速度，從4月7日開始，經(jīng)過連續(xù)觀測，累計沉降量呈收斂趨勢并趨向穩(wěn)定。

周邊建筑物沉降觀測點累計位移量除C1點，其余點都超過了預警值10 mm，其中累計位移量較大的為11.5 mm（C4、C10）和11.6 mm（C6），均離基坑邊緣較近。在基坑開挖完成后，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對每棟樓進行了南北向沉降差計算，其中5#樓為0.5 mm，6#樓為0.4 mm，7#樓為1.3 mm，10#樓為1.8 mm，均未超過預警值20 mm，同時對四棟樓進行裂縫觀察發(fā)現(xiàn)，墻體無裂紋。當監(jiān)測點累計沉降量達到預警值時應及時暫緩施工，尋找異常原因，待消除安全隱患后再進行開挖工作。

3.3 深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

由測斜管水平位移值分析可知，在基坑深度10 m以內，樁體的水平位移量變化較快，10 m以上逐漸減少，20 m深時基本無位移變化。其中樁體最大位移量存在于距離自然地面下2.0 m處，累計總位移變化量達27 mm，小于預警值35 mm，基坑開挖處于可控范圍內。深層土體監(jiān)測點變形曲線如圖5所示。由圖5可知，在基坑開挖過程中，樁體出現(xiàn)了一次較大的位移變化，是在節(jié)點3月31日，第一層土方開挖至基坑北側及東側邊緣時，由于斜撐下三角形支撐土體卸去，導致樁體向內產生6～7 mm的位移量，在采取加固內支撐措施及放慢開挖速度后，位移量逐漸降低。

結合樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，在開挖時間段3月24日— 4月14日，樁頂?shù)钠骄瘴灰屏繛?.07 mm/d，樁身5 m以內平均日位移量為1.21 mm/d，可見在基坑開挖過程中，樁身因受到土壓力產生了不均勻水平位移，容易產生樁身傾斜及斷裂風險，當位移量變化較大時，應采取措施對土體進行加固，減少位移風險。

4 基坑監(jiān)測常見問題

4.1 監(jiān)測風險源識別不清

基坑周邊環(huán)境調查不充分造成風險源識別不全面。因此，在基坑監(jiān)測方案編制前，應結合地質報告，進行現(xiàn)場實地踏勘，了解地層特性。對周邊環(huán)境，特別是對周邊建（構）筑物、地下管線、地面地下軌道設施、市政橋梁、水體、堤壩等進行現(xiàn)場定位及資料收集［10］。根據(jù)基坑監(jiān)測要求，核對設計圖紙基坑監(jiān)測范圍是否合理，監(jiān)測點布置是否符合規(guī)范和現(xiàn)場條件。

4.2 基準點和工作基點的布置和埋設不規(guī)范

基準點與工作基點埋設在不穩(wěn)定地層或基準點布設位置在基坑開挖影響之內，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、不可靠，導致無法真實反映基坑開挖位移變化情況。因此，基準點埋設要根據(jù)地質條件及保護對象和基坑開挖深度確定其到基坑邊距離，不得埋設在基坑開挖影響區(qū)內，埋設距離一般在距基坑邊5倍開挖深度以外，在軟土地層可設置更遠些。同時，基準點與工作基點的埋設要牢固可靠。

4.3 輕視現(xiàn)場巡檢

在實際工作中輕視對基坑工程現(xiàn)場的巡視檢查，檢查內容不全面、頻率低?，F(xiàn)場巡視是工程安全監(jiān)測及預警的重要輔助手段。尤其在大雨天、大霧天等自然條件差不方便監(jiān)測設備進行工作時，現(xiàn)場巡視的作用更加明顯。通過儀器監(jiān)測可以取得定量的數(shù)據(jù)，用于定量分析。巡視檢查則更加及時，可以起到定性、補充的作用，從而避免片面地分析和處理問題。

5 結論

本研究以新鄉(xiāng)市某房建工程為例，對基坑開挖時支護結構體系受力情況和形變情況及周邊建筑物的沉降情況進行分析得出以下結論：①圍護結構墻體向基坑內位移趨勢明顯，位移最大點隨開挖深度的增加向下移動。②變形位移量與至基坑的距離呈負相關，基坑開挖過程中北側監(jiān)測點較東側監(jiān)測點水平位移量大，位移速率快?；颖O(jiān)測過程中，應對基坑常見問題進行規(guī)避，才能夠保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，并反映基坑真實形變情況，有利于科學決策。

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