浅谈岩土工程深基坑监测技术

2015-09-24王淦

中国新技术新产品 2015年13期

关键词：监测技术深基坑岩土

王淦

（四川省川建勘察设计院，四川成都 610017）

浅谈岩土工程深基坑监测技术

王淦

（四川省川建勘察设计院，四川成都 610017）

本文对岩土工程深基坑主要监测内容与技术进行了介绍，然后通过工程实例详细的介绍了深基坑监测技术的应用，指出了监测中应注意的问题，并针对施工过程中监测发现的问题对工程施工采取了相应的措施，以确保工程安全顺利的进行。

深基坑；监测技术；岩土

近年来，城市空间的利用越来越大，基坑工程开挖规模、数量也日益增加，开挖深度大幅增加。由于基坑工程涉及到诸多的学科，受到大量因素的影响，进而在岩土基坑工程施工中，往往有着较高的事故发生率。在基坑工程施工前进行预测与分析，在施工中进行工程的监测能够有效的确保工程的精确度、准确度以及安全性，因此得到了业界的广泛的关注。同时，由于基坑工程周边环境复杂，具有密集的建筑物、管线，以及较高的环境保护要求，因此基坑支护结构的设计与施工开始重视对变形的控制。

一、岩土工程深基坑主要监测内容与技术

（一）基坑支护位移监测

1支护结构顶部的水平位移和垂直沉降监测

基坑工程中最直接、最重要的观测内容就在于支护结构顶部的水平位移和垂直沉降监测，其主要目的在于找出基坑支护结构任意水平位移、垂直位移与固定参照点相应值的变化，构成变化曲线图。该固定参照点应设置在受深基坑工程施工影响较小的地方，距基坑2倍～3倍开挖深度的水平距离之外。

2支护结构倾斜位移监测

支护结构的深层挠曲变形观测，是通过支护结构倾斜位移来得以体现的，而这也是主要的控制深基坑位移的手段。通常埋设测斜装置以监测，测斜装置的构成包括了测斜管、测斜仪以及测读仪。在监测中，测斜管与支护结构长度应保持一致，并延伸至地表，材料通常为PVC测斜管。

（二）基坑支护结构体系应力监测

1支护结构体系内力监测

对支护结构体系内力进行监测，通常包括了支护结构、支撑结构的监测。其主要目的在于通过构件受力钢筋应力的测定，然后根据钢筋和混凝土共同工作以及变形协调条件反算得到。

2土压力的监测

土压力监测通常在围护结构迎土面埋设土压力计，为保证在浇混凝土时，避免混凝土不包裹土压力计，最好在围护结构的外面钻孔埋设土压力计。

（三）孔隙水压力监测

孔隙水压力的变化，是土层沉降的预兆，孔隙水压力监测在地表沉降方面，如对支护结构引起的基坑开挖、地表隆起与沉井下沉的控制中起着十分重要的作用，通常采用孔隙水压力计进行土体任意位置的孔隙水压力量测。

（四）坑内土层监测

坑内土层监测指的是对基底垂直隆起的监测，通常使用的仪器为水准仪，由于与其他监测项目相比基底垂直隆起并不是主要的破坏形式，因此不是各个过程都进行监测的，只在重要性建筑、土质较差的建筑物用进行监测。

二、岩土工程深基坑监测技术的应用

（一）工程概况

某过江通道 N 线南岸工作井深基坑，工作井属于典型的盾构隧道上岸超深基坑，工作井的开挖深度为 29.60m。过江穿越场地地势平坦开阔，地面高程为6m～12.3m，相对高差较小，南岸设有防洪堤，地表平坦起伏较小，堤顶标高+10m左右。工作井场地上部属第四系松散沉积物，下部为白垩系基岩，自上而下土层为：①杂填土，②粉质粘土，③淤泥质粉质粘土，④粉质粘土夹粉砂，⑤粉细砂，⑥卵砾石，⑦中等风化砂岩。其中基坑开挖层为淤泥质粉质粘土。工程场地含水层为粉质粘土、淤泥质粉质粘土，地下水属于孔隙潜水并富有水性透水性差。上层潜水水位位于天然地面下 0.20m～1.00m，承压水水位埋深56.00m～60.65m，抗浮设计水位为天然地面下 0.00m，应注意场地的地表水与地下水对混凝土与钢筋均具有微腐蚀性。

（二）相关设计

1支护与连续墙施工

工作井净空 20m×20m，平面外轮廓24.8m×24.8m，底板埋深 29.60m。工程场地地面标高与施工场坪标高分别为+7.50m与+7.20m。工作井围护结构为Φ1200mm的地下连续墙，深度为 61m，采用支撑系统，7 层围檩，均采用钢筋混凝土结构。

地下连续墙设计深度为61m，为确保槽壁稳定，防止坍塌，提高地基土承载力，在开挖前用水泥搅拌桩进行地基土加固。加固深度地下 15m范围。地下连续墙施工控制的基准为导墙，因此在加固完成达到设计强度后，对导墙施工，结构为现浇钢筋混凝土，做成“┐┌”形，净宽比地下连续墙厚度稍宽，混凝土强度等级为C25，导墙顶比地面高出至少10cm。地下连续墙为嵌岩设计，采用顺槽法成槽开挖，泥浆液面保持在地下水位以上 0.5m。布设钢筋笼，并在钢筋笼上设置钢筋接驳器，根据监测方案设计在钢筋笼上安装基坑监测元件，准确安装所有的预埋件。地连墙混凝土强度等级C35，抗渗等级为 P10、P8。

为确保降水效果，在基坑内布置 2个井作为水位监测井，并且基坑内水位应在开挖面下 1.0m左右。基坑开挖至标高-14.90m 时，开启降压井进行减压降水。

图1　测斜管埋设示意图

2监测

工作井基坑开挖深度为 29.60m，属于深基坑。监测内容包括土体与围护结构侧向变形监测；围护结构内力监测；周边地表竖向位移检测；围护结构侧向土压力监测；支撑轴力监测；立柱沉降监测；空隙水压力监测；地下水位监测；周边建筑物变形等等。

三、监测技术与结果

（一）土体及地下连续墙侧向变形监测

地下连续墙墙后土体中埋设土体侧向变形监测管。在地下连续墙钢筋笼入槽前预安装在钢筋笼上，连续墙体内埋设围护结构变形监测管，测斜管每隔15m～20m布设（图1）。测斜管采用为PVC 管，直径为70mm，在管内设互相垂直的两对导槽，其中互成 180°的一对导槽对准基坑内侧，此方向为后续监测时需要测量的位移方向，以及土体与地下连续墙水平位移的主要方向。深层水平位移测量采用侧斜仪，测斜仪的系统精度应不低于0.25mm/m，分辨率应不低于0.02mm/500mm，系统精度±7mm/30m。

由分析结果可知，地下连续墙变形与开挖深度相关：地下连续墙变形随着开挖深度越大增大；开挖深度增大，最大水平位移点下移，且开挖前期最大水平位移点下移较快，深开挖阶段最大位移点区域相对稳定。墙后土体变形规律与地下连续墙变形规律高度一致，且变形速率一致，不同开挖深度，土体最大位移深度、地下连续墙最大位移位置大致位于20m处。

（二）墙顶水平位移、竖向位移监测

每处水平位移和竖向位移监测共用 1个测点，测点间距为 10m～15m，测点布置根据支护方式进行。在压顶梁浇灌时，在压顶梁内嵌入φ12mm螺纹钢作为墙顶位移测点，为方便水平位移观测，在测点钢筋端头加锯十字丝（图2）。水平位移监测只测定垂直于基坑边方向的位移，监测采用视准轴线法、小角法等施测，基准点和工作基点设置在基坑施工影响范围外，施测前应校核基准点和工作基点的稳定性。竖向位移监测采用精密水准测量方法，初始高程通过基点和附近水准点联测取得。为保证测量精度，测量不宜超时，一旦超时，应重新测读后视点。全站仪读数最小至 0.1mm，点位相对中误差1mm。竖向位移监测测量精度按国家二等水准要求进行。高程控制测量及首次沉降观测采用往返测或单程双测站观测方式进行，采用单程观测进行后续观测。每测站视线长度≤ 50m，前后视距差≤ 2.0m，视线高度≥ 0.3m。本工程中，地下连续墙深度为 60m，而实际墙后土体埋设测斜管埋设深度仅为 44m。根据限元分析在44m～60m 区间土体水平位移并不为0，全部土方开挖完成时，44m处位移量高达10mm。因此为确保监测数据的准确性，墙后土体测斜管埋置深度应达到地下连续墙深度。

图2　墙顶水平位移点位埋设示意图

（三）围护结构内力监测

自上而下每个监测断面每隔 5m布设一处测点，每处测点布设迎土面与背土面两个钢筋计，各断面测点≥ 3处，布设 6 个钢筋计。钢筋计量程应为设计值的1.2倍，精度≥ 0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。本工程连续墙弯矩最大点随着开挖深度的增加而逐渐下移，全部土方开挖完成，弯矩最大值在深度30m附近。而钢筋最大拉应力＞30MPa，受拉侧混凝土拉应力设计值，一旦截面开裂，钢筋暴露腐蚀，连续墙承载力将下降。

（四）支撑轴力监测

支撑轴力监测通常采用钢筋应变计或混凝土应变计，可将应变计可埋设在结构内部或者安装在结构表面。为确保测试精度，方便保护测点，测试断面通常埋设四只钢筋计，安装在支撑四角受力钢筋上（图3）。钢筋计量程宜为设计值的1.2倍，精度≥0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。支撑轴力监测工作中发生应变计失效情况，这是因为超出量程，导致轴力计算结果不准；而且应变计布设位置部分不合理，应变值极小，实际支撑轴力无法测得。所以在条件允许的情况下，应对混凝土应变计补充布置，进而供数据处理的复核校对。