深基坑开挖施工监测技术

郭景全 李文华

摘要：结合某城市快速路工程地下通道所采用的深基坑动态监测手段，介绍了基坑开挖施工各监测项目的测点布设、观测方法及监测数据的分析，总结了深基坑开挖安全监控的几条原则，即制定完整的监测方案、合理布置监测点、尽量选用先进的监测仪器、及时处理监测数据等，以期对深基坑变形监测起到一定的参考和指导作用。

关键词：深基坑；开挖；施工监测；数据分析

中图分类号：U456.3 文献标志码：B

Abstract： Combined with the dynamic monitoring method applied in the deep foundation pit excavation of the underground passage of an urban expressway project， the observation spot setting， observation methods and observation data analysis were introduced. Several rules which should be followed while conducting safety monitoring on excavation of deep foundation pit were concluded， which include making a complete monitoring plan， setting rational observation spots， trying to use advanced monitoring instrument and processing observation data in time.

Key words： deep foundation pit； excavation； construction monitoring； data analysis

0 引 言

随着社会的快速发展，城市的地上空间越来越少，地下空间越来越多地得到利用，从而带来了深基坑工程的快速发展。深基坑在开挖过程中必然会产生变形，基坑变形监测就是在深基坑施工过程中，通过在关键位置布置监测点，使用先进的监测仪器对基坑支护结构、基坑周围的土体及相邻的构筑物进行全面、系统的测量和分析，使基坑工程处于安全、稳定状态，确保工程顺利进行[1]。深基坑开挖支护结构从构筑到退出工作，其工作状况是不断变化的；因此，需要通过对现场工况进行监测，利用其反馈的信息和数据，及时进行分析计算。这样一方面可以及时采取技术措施防止重大工程事故发生，另一方面可为类似地区类似地质条件下深基坑开挖工程提供一些参考[2]。

1 工程概况

某城市快速路工程地下通道起点桩号K2+470，终点桩号K3+525.727，全长1 055.727 m。道路断面型式为地道快速路+地面辅道，地道主线标准段双向六车道。其中快速路主线地道段起讫里程K2+470～K3+245，共775 m。

围护结构的形式为：主体结构基坑开挖深度基本为8～12 m，围护结构采用SMW工法桩及钻孔灌注桩形式，基坑开挖时围护结构的支撑体系采用内支撑，沿基坑纵向每4 m设一道钢支撑，根据基坑深度不同设置1～3道钢管支撑（泵站处4道支撑），钢围檩纵向联系，采用明挖顺筑法施工。

场地土层主要为粘性土和粉（砂）性土，属弱透水层，拟建场地浅部地下水类型为潜水，赋存于浅部粘性土层和粉（砂）土层中，其补给来源主要为大气降水与地表泾流，地下水位随季节、气候及潮汐作用变化，具体如表1所示。

2 监测项目和监测目的

根据规范要求并结合本工程开挖深度及水文地质情况，明挖基坑区建立了以下几项观测项目。

（1） 围护结构深层水平位移：通过测量深层土体地基土的侧向水平位移变化情况，判断深层土体是否稳定，预测深层土体滑动趋势。

（2） 围护桩桩顶水平位移及沉降：监测基坑开挖过程中围护桩桩顶的水平位移及沉降变化。

（3） 支撑轴力：监测支撑在施工过程中的受力变化情况，掌握支撑结构的安全度。

（4） 地下水位：监测基坑坑内降水效果和围护咬合桩的止水效果，控制降水速度，防止地面沉降，保护周围建筑物。

（5） 坑底隆起：监测深层土体在垂直位移或开挖过程中坑底土体的隆起变形。

（6） 建筑物沉降与倾斜：监测基坑施工过程中周围建筑物的安全性。

（7） 管线位移及沉降：监测基坑施工过程中周边地下管线的变形情况。

3 测点布置

各监测断面测点布置如图1所示。

4 观测点埋设及量测方法

围护结构沉降观测和表面水平位移观测的监测点是在压顶梁或圈梁上埋设钢筋布置，其中围护结构沉降采用精密水准测量的方法进行观测，而水平位移采用架设在观测墩上的全站仪观测。

围护结构深层水平位移观测的监测点埋设：SMW工法桩为钻孔埋入PVC测斜管；钻孔灌注桩将PVC测斜管绑扎在钢筋笼主筋上，并在孔内注入清水后封盖，孔深20 m且进入第5层不少于2 m。测斜仪测头以其导轮沿着测斜导管的导槽升降或提升。位移差值为正向读数与负向读数之差；差值变化量为本次差值与初始差值之差。

支撑轴力观测是通过将弦式钢筋计（带测温补偿）在施加预应力之前焊在支撑上，然后焊上10槽钢加以保护。支撑加上之后，测量其初读数。支撑轴力P=K（f2i-f20）+bΔT。其中，K为灵敏度系数（kN·Hz-2）；f0为钢筋计的初始频率；fi为钢筋计工作频率值；b为温度修正系数（MPa·℃-1）；ΔT为相对基准值的温度变化量（℃）。

地下水位观测是将水位管钻孔埋入需测水位的土层中，用水位测量仪测出初读数。endprint

坑底隆起观测是通过在基坑坑底土体内埋设测试钢板，应用精密水准测量法测量钢板的竖向位移值，从而确定基坑内坑底土回弹值[3]。

建筑物沉降、倾斜观测是在基坑深度的2～3倍影响范围内的建筑物靠近通道侧转角处布置沉降测点，并且在侧面布置建筑物倾斜测量的测点，房屋沉降使用精密水准测量，房屋倾斜角测量通过经纬仪投点法进行测量[4-5]。

管线位移及沉降是通过将测钉固定在管线表面，并延伸到地面下10 cm，使用精密水准测量进行观测。各监测项目所用仪器和精度如表2所示。

另外，在开挖过程中安排专人巡视，查看坑壁水迹、坑周是否有裂缝产生等；对基坑开挖有影响的建筑物，用数码相机或摄像机对已有的裂缝等表观特征进行拍照或录像，开挖结束后进行对比分析[6]。

5 观测频率及报警值

5.1 观测频率

各测点的测试频率按一级基坑确定。具体每个项目的监测频率如表3所示。

另外，在出现暴雨或报警等情况下进行加密监测，甚至对个别监测项目进行连续跟踪监测。

5.2 报警值

依据规范有关规定及地下管线主管单位和设计单位提出的要求，以及工程施工可行性要求，对各监测对象提出如下报警值。

（1） 围护桩桩顶的沉降：围护桩桩顶最大沉降为2 cm。

（2） 围护桩桩顶的位移：围护桩桩顶最大位移为0.5%挖深。

（3） 坑周地表沉降：坑周地表沉降变化率为2 mm·d-1，地面最大沉降量为30 mm。

（4） 坑底水位：坑内降水导致坑外水位降低的变化率最大为500 mm·d-1，或者累计达到1 000 mm；坑底水位高于设计值达到1 000 mm。

（5） 建筑物体沉降与倾斜：建筑物体沉降变化率达到2 mm·d-1，或建筑物体最大沉降量为20 mm，或建筑物差异沉降达到1/1 000。

（6） 供水管线变位：沉降和水平位移为10 mm，变形速率为1 mm·d-1，如果超过此限度立即报警。

（7） 其他监测项目的报警由数据的变化率确定。

6 监测资料的收集与分析

6.1 监测实施

针对本工程监测的特点，成立了由6人组成的专业监测小组，其中3人具备测量、土力学、结构力学、钢筋混凝土结构、计算机等方面的知识，组长负责工程监测计划、组织及监测质量的审核。

数据采集严格按上述观测频率定人、定期并及时认真地进行观测，每天采集的数据当天完成整理，校核各项原始记录，对应各种变形值，按时间逐点填写观测数值表，绘制各种变形过程线以及变形分布图[7]。

监测小组每天对围护结构进行安全性评价以及土体稳定性评价。

6.2 监测数据分析

对K2+550、K2+650两个断面，从基坑开挖至钢筋混凝土底板完成后，每天采集监测数据。结果显示，这两个断面各观测项目的数据变化量均较小，开挖过程中无异常突变发生，累计趋于稳定，各观测项目随时间的变化曲线如图2～4所示。

7 结 语

本项目基坑从土方开挖开始，整个施工过程中各项监测数据表明，基坑未出现异常情况，测值均在正常范围内。深基坑开挖是个动态过程，与之有关的影响也是动态的，因此加强在施工过程中的监测，有助于快速反馈施工信息，以便及时发现问题并采用最优的工程对策。对于深基坑开挖安全监控，要严格遵守几条原则：“定仪器、定人、定时间”原则；观测路线、程序、方法固定原则；观测资料及时整理，并及时反馈监测信息；严格遵守“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的开挖原则；严格控制地下水位；严格控制开挖速率；便道两侧不宜堆放过多荷载；尽量减少便道上过往的重型车辆；雨期挖土时，做好降水、排水工作，并定时检查坑壁土体情况。

参考文献：

[1] 姚黔贵.城市深基坑变形监测的实施[J].贵州工业大学学报，2005，34（2）：96-99.

[2] 陈忠汉，黄书秩，程丽萍.深基坑工程[M].第二版.北京：机械工业出版社，1999.

[3] 张 昆.深基坑施工引起周围土体位移监测分析[D].成都：西南交通大学，2005.

[4] 黄秋林，邱冬炜，等.深基坑变形监测及数据处理[J].山西建筑，2005，31（l）：67-68.

[5] 王正晓，刘保信.深基坑变形监测浅析[J].测绘通报，2000（6）：21-23.

[6] 黄志全，李小慧，孙 怡，等.复合支护下深基坑的变形破坏和支护结构受力演化过程分析[J].建筑科技与工程学报，2015，32（3）：74-80.

[7] 楼 楠.深基坑工程的综合监测与安全预报[D].郑州：中国人民解放军信息工程大学，2007.

[责任编辑：王玉玲]endprint