复杂环境下深基坑工程监测工作研究

庹惠斌，邢海青（兰州有色冶金设计研究院有限公司， 甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

某医院医疗综合楼二期内科大楼，位于医院院内原医疗综合楼一期东侧。本大楼地下 3 层，地上主楼 23 层，裙房为依次递减 4、5、6、7 层。

本大楼基坑工程周边地面标高为 1 522.00 m～ 1 525.60 m，±0.000=1 525.30 m；基底标高为 1 504.80 m；基坑开挖深度自地面下 17.20 m～20.80 m。基坑支护采用“土钉墙、排桩、预应力锚杆、内支撑”相结合的支护方式。

1.1 工程地质条件

根据《岩土工程勘察报告》中的地层揭示：杂填土层厚度为 0.8 m～3.70 m；黄土状粉土层的埋深为 0.80 m～3.70 m，厚度为 0.6 m～2.0 m；卵石层的埋深为 1.50 m～4.70 m，厚度为 9.6 m～12.80 m；强风化砂岩的埋深为 12.7 m～15.1 m，厚度为 2.2 m～3.7 m；中风化砂岩的埋深为 15.0 m～17.7 m，层面高程为 1 504.31 m～ 1 506.96 m。

1.2 水文地质条件

场地地下水埋深为 5.40 m～5.90 m，层面高程为1 516.02 m～1 517.02 m 之间。地下水为阶地型潜水，主要含水层为卵石层，基岩为隔水层；地下水与黄河水的水力联系单一，为阶地补给黄河的形式，地下水流向由西南向东北，地下水季节变化幅度为 0.5 m～1.0 m。

1.3 周边环境状况

（1）西侧为医疗综合楼一期，最近距离 5 m，其间有电缆沟、蒸汽管沟。一期工程为地下 3 层、地上 16 层，基底标高为 1 508.40 m。

（2）北侧西段为历史文化保护古建筑，间距为 32 m，中段区域为 1 栋 8 层井桩基础住宅楼，距基坑边 7.70 m～7.90 m。

（3）东侧为 1 栋高层商住楼，地下 2 层、地上 18层，筏板基础，距基坑边 6.80 m～8.10 m。

（4）南侧为城市中心繁华地带公交枢纽站，距人行道5.00 m～7.10 m。

依据以上地质、水文、周边环境，本基坑工程属于复查环境下的深基坑工程。

2 深基坑工程监测的重要性和作用

2.1 深基坑工程监测的重要性

在深基坑开挖的施工过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变（土层应力的释放与调整）引起土体的变形，即使采取了挡土支护措施，挡土支护结构的变形也是不可避免的。这些变形包括：挡土支护结构、周围土体的侧向位移与沉降，坑内土体的沉降等。上述位移的量值如果超出可容许范围，将会对挡土支护结构本身造成危害，进而危及基坑周围的建筑物及地下管线，损害程度将随个案而异。因此，在深基坑施工过程中，只有综合、系统地对基坑挡土支护结构、基坑周围的土体与地下水动态以及相邻的建筑物与地下管线等进行监测，才能全面了解工程情况，从而确保基坑工程顺利开挖。

2.2 深基坑工程检测的作用

（1）将监测结果与理论预测值相比较，对后续的开挖方案与开挖步骤提出建议。

（2）将监测结果与预测值进行比较，以判断原施工工艺和施工参数是否符合预期要求，修改、调整、确定和优化下一步施工参数，进行指导施工。

（3）真实地反映基坑土体、挡土支护结构及邻近建筑物与地下管线当前所处的状态。

（4）客观地评价监测对象的稳定程度。

（5）对施工过程中可能出现的险情及时进行预测与预报，当有异常情况发生时，可立即采取措施，防患于未然，以确保基坑工程施工安全。

3 监测单位的选择和监测方案的审核

3.1 监测单位的选择

本工程为复杂环境下的深基坑工程，依据《建筑基坑工程检测技术规范》规定，业主应委托具有资质的第三方监测单位实施监测。

依据《建筑基坑工程监测技术规范》《建设工程勘察设计资质管理规定》（建设部 160 号令）中规定，基坑工程监测单位应同时具备岩土工程和工程测量两方面的专业资质。根据以上要求，协助业主编制了招标文件，通过公开招标选择了具有综合资质的基坑监测单位。

3.2 监测方案的审核

（1）审查监测单位提交的监测方案，核查方案是否经检测单位技术负责人审核批准，并加盖单位公章；监测方案的文本印刷字体、图表是否清晰、装订是否整齐。

（2）审查监测方案内容是否完整，应至少包括以下内容。

①工程概况。

②建设场地岩土工程条件及基坑周边环境状况。

③监测的目的和依据。

④监测内容及项目。

⑤基准点、监测点的布设与保护。

⑥监测方法及精度。

⑦监测期和监测频率。

⑧监测报警及异常情况下的监测措施。

⑨监测数据处理及信息反馈。

⑩监测人员的配备。

⑪监测仪器设备及检定要求。

⑫作业安全及其他管理制度。

（3）针对性审查。基坑周边环境调查是否准确、翔实，地下天然气管线、高压电力电缆、蒸汽管道是否与提供资料相吻合；监测点的布设是否在内力及变形关键特征点上。

4 监测工作的实施

4.1 基准点

以兰州市测绘院在现场布设的4个基准点为基准点，并经实测取二次平均值为初始观测值。

4.2 监测点布设

（1）支护结构体系顶面水平、竖直位移监测点。沿基坑上部周边冠梁，粘贴十字反射片与埋设固定棱镜相结合的标志作为监测点。

（2）地下水位监测点。地下水位监测点间距为 40 m～50 m，利用已有降水井作为观测井。

（3）建筑物沉降及裂缝监测点。在基坑周边 20 m 范围内的建筑物上设置沉降观测点，观测点埋设在建筑物的竖向结构上，每栋建筑物布设 3～4 个沉降观测点。

建筑物裂缝监测：在基坑开挖前进行裂缝调查，对典型裂缝布置监测点。在裂缝的首末和最宽处各布设一对裂缝观测点，观测点的连线应垂直于裂缝。

（4）周边地表竖向位移监测点。周边地表竖向位移监测点布设在基坑中部垂直坑边，埋设于钢筋混凝土钢钉作为竖向位移监测点。监测点布置，如图 1 所示。

4.3 监测设备及人员

本工程采用 ZDL7OO水准仪、TC1700 全站仪、SWJ-90-1 型水位计进行监测，仪器在其鉴定周期内。在监测过程中，做到测站、仪器、人员“三固定”。

（1）监测周期。监测工作自基坑开挖起至基坑回填，再到自然地坪标高以下 1 m 为止，贯穿于基坑工程和地下工程施工全过程。

图 1 监测点布置图

（2）监测频率。本基坑工程安全等级为一级，当监测值相对稳定时，对于应测项目，在无数据异常和事故征兆的情况下，监测频率如表 1 所示。

表 1 监测频率表

5 监测数据报告

检测单位严格按照检测方案制定的检测频率进行监测，每次观测结束后，及时进行观测成果检查，编写监测报告书，向建设单位、监理单位、施工单位提交监测结果。当出现异常情况或变形速率明显增大时，第一时间通知各参建方。监理方及时组织勘察、设计、施工方对异常变化做出判断，对开挖部位、每次开挖深度、预应力锚索位置等进行调整，确保变形始终处于受控状态。

（1）主要监测成果。自基坑开挖至基坑周边完成回填，主要监测项目监测结果如表 2 所示。

表 2 监测项目监测结果表

（2）自基坑开挖至基坑周边完成回填。坑顶各监测点竖向位移变化趋势图，如图 2 所示。

（3）自基坑开挖至基坑周边完成回填，坑顶各监测点水平位移变化趋势图，如图 3 所示。

6 异常变形情况下的处理措施

6.1 异常变形情况下的检测措施

当开挖至医疗综合楼一期连接处部位、接近设计深度时，由于该部位水平位移变形，造成该处排水检查井与排水管连接处渗漏，使砂岩层中的细砂从支护桩之间侧壁涌出，引起支护桩间挂网混凝土局部坍塌。为防止坍塌进一步扩大，立即采取土方回填、漏水点堵漏措施，同时将部位两个检测点监测频率提高到 1 次/2 h，直至变形稳定，监测频率恢复到正常水平。

6.2 检测数据出现异常，采取的应当措施

（1）基坑东侧，开挖至砂岩层时，依据 BJ09、BJ10监测点监测数据，该部位水平位移已达 27.85 mm，已接近报警值，同时基坑顶部地面与边界围墙产生 18 mm 裂缝，为确保下一步继续安全开挖，经专家论证，在基坑东侧 75号～78 号支护桩原锚索下方 2 m 处增加一排预应力锚杆，施工后直至开挖到设计标高，变形未再增加。

图 2 坑顶各监测点竖向位移变化趋势图

（2）当基坑西南角开挖至距坑底 80 cm 时，该部位监测点 BJ24 水平位移已达到 28.00 mm，在基坑顶边缘地面出现多条 10 mm～20 mm 裂缝，该地面下埋有医疗综合楼一期使用的给上排水、蒸汽管道及高压电缆，一旦出问题，不但给医疗综合楼一期的正常运行带来严重后果，而且还威胁到基坑安全。根据检测数据及周边环境分析，确定该部位的变形严格按照 3 cm 的报警值进行控制，决定在冠梁下 2.60 m 处再增加一排预应力锚索，施工后开挖至设计坑底，变形未增加，所有管道未出现任何问题。

图 3 坑顶各监测点水平位移变化趋势图

（3）基坑西侧因紧邻医疗综合楼一期，该楼地下 3层，预应力锚索位置设计较低，开挖过程变形较大。当开挖至设计深度一半、变形已达 3 cm 报警值时，经组织勘察、设计、施工以及邀请省内知名专家进行专题研究论证之后，确定该部位变形控制值以开挖深度的 0.3% 变形量，即 62.40 mm 作为报警值进行控制，继续开挖不需要采取其他措施。按重新设定的报警值进行监测，开挖至坑底后，该部位两个监测点 BJ22、BJ23 点水平位移累计值分别达到 52.83 mm、56.02 mm 最大值后趋于稳定，直至基坑回填，该部位均处于安全状态。

7 结 语

对于基坑工程的变形监测，应随开挖过程时时监测，监测数据及时反馈施工方，为调整施工顺序和开挖进度提供依据。当监测数据出现异常时，必须及时分析，对下一步变形趋势和可能的安全隐患做出预判，并提前采取应对措施。对于重大安全隐患部位，必须严格按 3 cm 报警值加以控制，否则应采取加强措施；对于变形部位较大但危害性较小的部位，考虑到控制的安全性与经济性，应按开挖深度的 0.2%～0.3% 变形量设定报警值。当基坑四周环境存在较大差异时，可分别设定报警值。本基坑工程从开挖至完成回填，由于检测工作的精确到位，确保了基坑施工过程中未发生任何安全质量问题。