北京某工程基坑位移监测分析

刘伟东 赵丽雅

(解放军理工大学国防工程学院爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏 南京 210007)



北京某工程基坑位移监测分析

刘伟东 赵丽雅

(解放军理工大学国防工程学院爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏 南京 210007)

结合北京某工程的基坑支护结构及地质条件，从监控点的布置、测点的埋设、监测方法、数据分析等方面，介绍了基坑变形监测体系的设计方法，并对观测误差作了分析，指出精度满足基坑监测的要求，对今后类似基坑工程的安全监控具有参考价值。

深基坑，位移监测，高程基准点，监测点

0 引言

基坑开挖会对周边建筑物带来不利影响：一是基坑开挖使建筑物的基础产生沉降和位移，引起建筑物结构破坏；二是支护结构变形和内力发展到一定程度会使上部结构失稳和破坏。因此，研究基坑开挖对临近建筑物的影响具有重要意义。

基坑开挖对邻近建筑物影响问题，涉及到基坑、土体、支护结构等多方面，分析过程中包含各系统相互影响、相互作用，研究任务复杂、计算量大。从力学角度分析，基坑开挖对邻近建筑物影响，首先是基坑与土体之间的关系即基坑开挖引起坑外土体沉降和位移，其次是坑外土体与支护结构的关系即坑外土体位移与支护结构位移的耦合作用，最后是建筑物基础与其上部结构的关系即建筑物基础在基坑开挖过程中的附加位移和内力使其上部结构产生附加位移和内力影响建筑物的稳定和安全。

1 工程概况

该工程位于北京市区中心位置，占地面积19 227 m2，其中长420 m，宽50 m；建筑面积42 617 m2，其中地上20 622 m2、地下21 995 m2；地上3层、地下2层，建筑高度17.6 m，筏形基础，框架结构。

1.1 支护结构

工程基坑长420 m、宽50 m，呈长方形，除基坑北侧和基坑南侧西南角小部分开挖至-7.77 m外，其余大部分开挖至-10.17 m，土方开挖量约160 000 m3，基坑等级为一级。基坑北侧支护主要是利用已竣工围墙的基础桩，采用桩锚支护；基坑西、南两侧采用钢管桩桩锚支护；基坑东侧采用土钉墙支护。微型钢管桩1 005根，预应力锚杆1 000根，土钉墙支护面积约7 000 m2。

1.2 地质条件

经现场勘探、原位测试和室内土工试验成果分析评判，某新建工程场地地形较为平坦，地面高程介于44.4 m～46.02 m，属于冲洪积平原，岩土工程勘察等级为乙级。在钻探深度20 m范围内，除①，②层组为人工堆积层外，其他地层均属第四纪沉积地层，地基均匀稳定，无不良地质作用，属中等复杂地基。土层地质条件如表1所示。

表1 土层地质条件

2 竖向位移监测方法

本工程竖向位移监测及沉降监测采用假设高程系统，几何水准法进行观测[1]。高程基准点组成基本水准网作为竖向位移及沉降监测的高程控制网，并定期进行稳定性检测。

2.1 高程基准点的布设

在基坑施工影响范围以外的区域布设3个高程基准点，其中在基坑南侧稳定的永久性建筑物及东侧国家大剧院附属建(构)筑物上埋设2个墙水准点，在基坑西侧草坪埋设1个混凝土普通水准标石水准点，作为竖向位移监测及沉降监测的高程基准点。埋设方式如图1，图2所示。

2.2 高程基准网检测

2.3 监测点布设

分别在基坑土钉墙顶部和护坡桩顶部间隔20 m左右布设1个竖向位移监测点。监测点的埋设工作随着基坑施工进度不断推进，最终在基坑护坡桩桩顶共布设52个竖向位移监测点，编号依次为P1～P52号，在基坑边坡共布设22个竖向位移监测点，编号依次为B1，B2，B37～B56号。

2.4 标志埋设

在地面钻φ25 mm深100 mm的孔洞，将标志涂抹粘合剂后埋入，标志周围之间的缝隙采用水泥砂浆填实，标志外露50 mm。标志如图3所示。

根据拟定方案，在基坑周边道路上间隔20 m左右布设1个竖向位移监测点，共计布设50个点位，点位埋设在基坑四周的沥青路面。

观测点标志埋设方式如图4所示。

在基坑邻近建筑物的四角、中部等位置分别布设监测点。共布设32个点位，编号依次为F1～F22，F4-1，F4-2，F5-1，F7-1，F7-2，F11-1，F14-1，F16-1，F20-1，F21-1号。监测点标志埋设方式如图5所示。

基坑边坡及护坡桩桩顶竖向位移监测、基坑周边道路竖向位移监测、基坑周边建筑物沉降监测均采用几何水准法，使用DL-111C型电子水准仪按二级水准测量精度施测，水准观测的视线长度不大于50 m，前后视距差不大于2 m，前后视距差累计不大于3 m。观测数据采用清华山维工程测量控制网微机平差系统严密平差计算，平差后观测点测站高差中误差均不大于±0.5 mm，满足规范要求。

3 水平位移监测方法

基坑边坡及护坡桩桩顶水平位移监测采用假设坐标系统，按基准点、工作点和观测点三个层次逐级布设，平面基准点埋设在基坑影响区域以外的稳定处，作为位移监测工作的基准点。工作点埋设在基坑周边相对稳定且便于观测处[2，3]。根据该基坑水平位移监测点多，精度要求高，观测频率密集的特点，数据采集使用了测量机器人技术，确保观测精度和观测成果及时提交。

监测点采用强制对中方式以提高观测精度。在工作点架设测量机器人TCA2003，通过观测工作点与基准点的距离来校正工作点的坐标，同时采用极坐标方法对目标点进行测量。

由于受现场通视条件限制，本次水平位移监测在基坑周边相对稳定处埋设8个工作点。工作点标石采用现场浇筑混凝土普通标石，标心刻有0.1 mm粗的“十”字丝或嵌有直径1 mm的铜丝。埋设规格如图6所示。

在基坑回弹和受压力影响区域以外稳定的建筑物上，选择与工作点通视的地方粘贴规格60 mm×60 mm徕卡反射片作为平面基准点，共设13个平面基准点，标志规格如图7所示。监测过程中，1个工作点分别对应2个平面基准点，工作点与2个基准点连线的夹角近于90°，每次观测前采用精密测距方法对工作点坐标进行测量修正，从而避免所有监测点监测的数据因工作点变化而受到影响。

在监测实施期间，定期对平面基准点进行联测，以便核检平面基准点的稳定性。观测期间共核检6次，核检结果表明，在整个监测期间平面基准点是稳定的。

3.1 监测点布设

采用高炉冶炼红土镍矿则对渣型要求较高，由于红土镍矿主要成分为低铁、低钙，高镁高硅的特殊性，特别是MgO含量较高而CaO含量较低，造渣制度难以参照现代高炉炼铁工艺的造渣制度，否则渣量将过大，能耗将非常高，同时改变了高炉内部熔融态渣和铁水的体积比，造成渣层过厚，热量难以传到炉缸下部，引起液态镍铁温度低不易流出。因此根据渣型特点，很好解释了为何高炉仅能适应高铁低镁类型红土镍矿。对高炉来讲，其液态渣一旦落入熔池便无法还原，同时意味着Fe/Ni值无法调整，而采用侧吹浸没燃烧熔池熔炼工艺处理红土镍矿则不会出现该问题。

基坑边坡及护坡桩桩顶水平位移监测点布设方式与竖向位移监测点的布设方式一致(水平位移监测点与竖向位移监测点点位标志共用)。

3.2 监测方法

水平位移观测采用TCA2003自动监测系统进行自动观测，分别对基准点进行距离观测10测回，监测点角度、距离观测2测回，其中方向1测回内2C互差不大于5″，同一方向值各测回互差不大于3″，距离1测回读数间较差不大于1 mm，单程测回间较差不大于1.4 mm。观测数据均满足规范要求。

观测数据检查无误后，采用Excel软件及清华山维工程测量控制网微机平差系统计算，求出位移分量和累计位移分量。

3.3 观测精度分析

水平位移观测时，首先进行测站点的坐标修正，鉴于测站点距离基坑还有一定距离，基坑只对垂直于基坑方向有影响，因此对测站点坐标修正只需修正垂直于基坑边的坐标分量，平行于基坑边的坐标分量不作修正[4，5]。

测站点误差为：

(1)

式中：mxg，myg——测站点坐标的分量误差；

mxg——垂直于基坑边的分量误差。

观测点精度估算如下：

观测点坐标采用测回法2测回测角，重复精测法测距4次，其坐标计算公式为：

(2)

根据误差传播定律可得：

(3)

(4)

mxi=±0.45 mm,

myi=±1.07 mm。

则，最弱点点位估算中误差：

因此，本工程中水平位移监测精度能够满足基坑支护工程变形观测精度要求。

4 结语

本文通过对北京地区某新建工程在基坑开挖过程中出现的支护体系设计变更、道路开裂下沉、南侧房屋裂缝等情况，运用多种监测手段和理论分析方法对基坑周边环境的影响进行了研究和分析，得出以下结论：

基坑开挖会对周边环境造成一定的影响，临近建(构)筑物会产生一定的位移和变形，如果设计和施工方案欠佳、施工组织不科学、发现问题不及时、应急措施跟不上，当出现严重不均匀沉降时，不仅危及到工程本身的安全，而且还会对周边居民的生命和财产造成损失。

通过对基坑工程中桩顶位移、边坡位移、建筑物沉降、道路沉降研究与分析，对地下水控制不当是造成工程出现问题的直接原因。在基坑工程中加强对支护体系的论证，做好对地下水的控制，并对沉降进行严密监测，及时处理过度沉降问题，是做好基坑工程安全施工的关键。

运用常用的监测和数据分析方法对基坑周边环境的影响起到了预测预警作用，在基坑工程中采用合适的监测和分析方法有利于加强对基坑周边环境的预判和控制。

[1] 张 洪，易发成.基坑支护形式及支护技术发展分析与研究[J].山西建筑，2010,36(31):75-77.

[2] 寇 刚，姚连璧．基坑水平位移监测方法的探讨[J].地矿测绘，2002,18(4):13-15.

[3] 林泽耿.自由设站法监测基坑水平位移[J].广州建筑，2003(2):36-38．

[4] 熊春宝，潘延玲，岳树信．基坑水平位移监测的方法比较与精度分析[J].城市勘察，1996(4):15-22.

[5] 吴华平．基坑变形监测方法及误差分析[J].建筑安全，2008(9):33-35.

On displacement monitoring analysis of a engineering foundation pit in Beijing

Liu Weidong Zhao Liya

(ExplosionDetonationDisasterPreventionandMitigationKeyLaboratory,DefenseEngineeringCollege,ThePLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Combining with the foundation pit support structure and geological conditions of a engineering in Beijing, from the monitoring point layout, test point laying, monitoring method, data analysis and other aspects, this paper introduced the design method of foundation pit deformation monitoring system, and analyzed the observation error, pointed out that precision meet the requirements of foundation pit monitoring, had reference value for future similar safety monitoring of foundation pit engineering.

deep foundation pit, displacement monitoring, elevation datum point, monitoring point

1009-6825(2016)13-0072-04

2016-02-28

刘伟东(1968- )，男，在读硕士； 赵丽雅(1992- )，女，在读硕士

TU196.4

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