基坑监测技术的研究与应用

罗 磊

(上海众合检测应用技术研究所有限公司，上海 200065)

1 概述

基坑监测是在基坑开挖过程中，用监测技术方法对围护结构、土体、周边建(构)筑物、道路、地下设施等对象的位移、倾斜、压力、内力、裂缝、基底隆起以及地下水位变化等特征进行观测，并对观测结果进行分析、评价和反馈。基坑监测不仅是检验设计正确性和促进理论发展的重要手段，还是指导正确施工，避免事故发生的必要措施。

2 基坑监测技术的发展和现状

由于城市地下空间的大量开发促使了基坑工程的发展，针对施工中安全控制的要求，人们开始把监测运用到基坑开挖过程当中。国外在20世纪60年代，奥斯陆和墨西哥地区有软土土质的深基坑运用了基坑监测技术。国内自20世纪80年代监测技术在基坑工程中开始运用，积累大量的设计施工经验和理论研究成果。现今，随着我国基础建设大踏步的发展，基坑监测技术在新技术、新仪器和不断发展的计算技术和远程控制技术的条件下，取得了长足的发展，自动化采集程度和远程控制程度大大提高了监测精度和频率，在技术可靠的同时取得了较好的经济效果［1-5］。基坑监测技术的现状如下:1)监测仪器多样化，同时监测仪器的精密度更高，伴随着监测数据测量仪器的发展，相应的数据处理软件也不断更新。2)监测技术理论不断发展，国内对工程数据及监测理论进行不断的探索研究，取得了大量的有关监测技术的成果［1-6］。3)我国先后颁布了一些国家规范以及地方规程指导工程的基坑监测，为基坑监测的广泛运用提供了有利条件。

3 基坑监测内容和作用

深基坑监测主要对象为围护结构系统、地层水土体系、周边环境等。1)围护结构系统监测项目主要包括:围护桩(墙)的顶部水平位移和沉降、围护体测斜和应力、土钉锚杆的轴力、立柱的沉降和内力、圈梁(围檩)的水平位移和内力;主要用于设计计算的验证，修正计算中的偏差，比较监测数据与报警值，指导下一步开挖。2)水土体系监测项目包括:土体的土压力和坑内土体隆起、坑外土体的水平位移及沉降、坑内外地下水水位和孔隙水压力;主要用于土体稳定性和降水效果的跟踪，及时发现问题采取必要的措施，保证降水符合设计要求和整个基坑工程的稳定性。3)周边环境监测项目包括:周边建筑管线的位移和倾斜裂缝、地下水位、周边土体的沉降;主要用于周边环境的安全监测，保证基坑开挖不影响附近设施的安全、居民生活和其他单位的正常工作。

4 监测技术在上海某基坑工程中的应用

4.1 地层概况

该项目地处长江三角洲南翼滨海平原，地基土均属第四系相松散沉积物，主要由粘性土、粉性土及砂土组成，其中与基坑围护结构设计有关的工程地质物理力学参数见表1。

表1 物理力学参数表

4.2 基坑工程概况

基坑平面形状为不规则多边形，基坑面积约14 348 m2，围护结构周长约561 m。本工程一般区域(底板边线)开挖深度为9.20 m，坑边集水井及电梯井处开挖深度10.20 m～11.80 m。基坑大部分采用SMW工法加二道钢筋混凝土支撑、北侧局部采用钻孔灌注桩加二道钢筋混凝土支撑的围护形式。

4.3 数据分析处理

4.3.1 围护墙顶变形

从图1，图2中可看出，在基坑开挖过程中基坑围护墙顶的垂直位移与水平位移变形，仅分别达报警值(±20 mm)的40%，30%。这一监测结果表明，在基坑挖土达到第二道支撑以下时，围护墙顶的垂直与水平位移变形幅度处于较为稳定的变形状态。

4.3.2 围护墙体变形

从图3可以看出，在基坑开挖过程中基坑围护结构墙体的最大侧向位移变形幅值一般可达其报警值(30 mm)的70%。这一监测结果表明，该工程基坑围护结构墙体刚度满足需求，其侧向位移变形安全。

4.3.3 基坑外水位变化

从图4可以看出，在开挖过程中，基坑周边的地下水位一般均处于逐渐下降的变化过程。其中SW7孔水位累计下降已超过报警值(1 000 mm)。这一监测结果表明，局部水位下降超过报警值，与该工程基坑地处水文地质较差的地质环境与施工密切相关。

5 结论及建议

1)在该工程基础施工中，由于采用了整体稳定性较好的SMW工法加二道钢筋混凝土支撑围护结构体系，在该工程第一、第二次挖土阶段，其基坑围护结构墙体或支撑立柱的垂直位移与水平位移变形一般均仍保持在正常稳定的变形状态。其围护墙顶的最大垂直与水平位移累变量及立柱垂直位移累变量一般均保持在±6 mm以内，最大支撑轴力只达设计值的60%左右，基坑周边的地下水位除SW7孔超过报警值外，其他测孔的地下水位均稳定处于-1.0 m以内。2)该工程基坑围护结构体系，第二道支撑以下刚度一般较低，当第三次挖土时，为尽可能减少围护墙深部变形幅度，应严格控制基坑围护墙向坑内方向水平位移变形对周边工程环境保护对象的变形影响。3)建议在今后施工时应严格采取下列施工措施:a.在第三次挖土时，应严格执行基坑降水设计方案，务必将坑内地下水位降至开挖面1.0 m以下，以确保开挖前地基土有足够的强度;b.在第三次挖土时，应尽可能充分利用好基坑施工的时空效应。

［1］ 刘建航，侯学渊.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［2］ 王 义，周 健，胡展飞，等.超深基坑信息化施工应用研究［J］.岩土力学，2004(10):15-17.

［3］ 张建春，张建成，郭 昭，等.深基坑开挖工程监测实录［J］.岩土工程师，1998，10(4):31-37.

［4］ 吴泳川，陈 琦.深基坑工程中现场监测的回顾与展望［J］.天津城市建设学院学报，2011，7(2):82-83.

［5］ 应宏伟，王奎华，谢康和，等.杭州解百商城半逆筑法深基坑设计与监测［J］.岩土工程学报，2001，23(1):80-83.

［6］ 任丽芳，穆 兰，杜玉林.深基坑工程安全监测和信息化监控［J］.石家庄铁路职业技术学院学报，2006(2):77-78.