杭州地铁沿线某深基坑监测分析

李海洋

杭州市建筑工程质量检测中心有限公司 浙江 杭州 310006

前言

随着城市建设规模的不断发展，近年来基坑工程大量出现，开挖深度与规模尺寸不断增大引发了许多新的问题[1-2]。同时，城市中各类基础设施密集分布，相邻建筑、地下管线、公共交通等周边环境设施对基坑开挖及施工之后产生的水土压力变化与土体变形等不利影响需要更为严格的限制[3-4]。因此，基坑工程的信息化施工和全过程监测显得尤为重要。

1 工程概况

该基坑位于杭州市严家路与新塘路交叉口，地上拟建建筑为3层裙楼与20层主楼，地下设二层地下室。基坑平面形状大致呈矩形，南北向长134m，东西向宽55m，基坑开挖面积7887m2，设计最大开挖深度约12m。

本工程位于地铁4号线保护区内，基坑东侧紧邻地铁线路和市政主干道，且基坑西侧与南侧有多幢多层住宅，距基坑很近，基坑破坏后果严重。

工程场地位于钱塘江冲积平原，地貌形态单一，场地土层包括粘质粉土、砂质粉土、淤泥质粉质黏土和粉砂，工程地质条件复杂。

2 基坑支护体系

本基坑围护结构设计采用钻孔灌注桩+TRD水泥土搅拌墙作为止水帷幕，设两道钢筋砼内支撑，坑内采用疏干井的支护方案。为了增大与地铁相邻侧围护体的刚度，将基坑东侧围护桩桩径由Φ800增加至1000mm，桩长由25m增加至35m，第二道内支撑的角撑主撑及对撑调整至900mm*800mm。土方开挖要求严格分层、分段、对称开挖。

3 基坑监测布置及结果分析

根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497- 2009相关技术要求，结合现场施工具体情况，本次监测布置包括：坡顶水平位移及沉降，深层水平位移，支撑内力，立柱沉降，地下水位，周边建筑物沉降及倾斜，周边地下管线及道路沉降，周边地表沉降。本文主要介绍水平位移、竖向位移（沉降）、深层水平位移（测斜）和支撑内力监测。

3.1 水平位移监测

（1）平面控制网布设。平面控制网用于各水平位移监测项目平面控制基准，包括基准点与工作基点。平面控制点布设在稳定、安全的地方，有条件可采用固定观测墩；通常在地面埋设钢钉点，顶上刻画“+”字。

在选定的水平位移监测控制点上安置全站仪，精确整平对中，后视其他水平位移监测控制点，测定监测点与监测基准点之间的角度、距离，计算各监测点坐标。观测时可完成各项限差指标控制，使用控制网平差软件进行严密平差，得出各点坐标。通过各期变形观测点二维平面坐标值，计算投影至垂直于基坑方向的矢量位移，并根据各期与初始值比较，计算变形速率、累计变形量等数据。

（3）监测结果分析。根据本项目冠梁水平位移监测结果，随着基坑开挖的逐步推进，冠梁水平位移逐渐增大，底板浇筑后逐渐稳定。

3.2 竖向位移监测

（1）水准控制网布设。水准控制网用于各垂直位移监测项目（即沉降监测）的高程控制基准。建立闭合环与施工高程控制点，每个月联测一次。

（2）竖向位移监测方法。基准网观测按二等垂直位移监测网技术要求，监测点观测按三等垂直位移监测网技术要求。

采用几何水准观测。采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式必须进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。观测顺序：往测：后、前、前、后，返测：前、后、后、前。

使用自动安平水准仪DSZ2+FS1测微器及配套塔尺进行观测，精度为每公里偶然中误差为0.3mm，使用专用水准网平差软件进行严密平差，得出各点高程值。

（3）监测结果分析

根据热传导傅立叶定律，单位时间内通过定截面的热量，正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。较厚部位对电弧加热部位的冷却作用最强，接头温度下降速度最快，其次是薄壁部位，而细杆的散热速度最慢。

图1 立柱沉降曲线图

立柱竖向位移主要受坑底土体隆起和竖向荷载共同作用，并与地质条件、结构特征和施工工况等密切相关[5]。本项目立柱沉降监测结果见图1。由图可知，本项目立柱的竖向位移呈向上回弹，并随着基坑开挖深度增加而不断增大，在底板浇筑后回弹量开始减少且逐渐趋向稳定。

根据本项目坡顶沉降监测结果，坡顶沉降随着基坑开挖的逐步推进，坡顶沉降逐渐增大，底板浇筑后逐渐稳定。

3.3 深层水平位移监测

（1）测斜管埋设。本工程测斜孔布设在围护结构外土体中，在紧贴基坑外侧0.5m左右钻孔埋设含定向刻槽的PVC塑料测斜管，沿基坑周边共布置13个测斜孔。

测斜管应在基坑开挖前1周埋设完毕，并用测斜仪对同一测斜管作3次重复测量，判明处于稳定状态后，取算术平均值作为侧向位移计算的基准值。

（2）深层水平位移监测方法。测斜仪由测斜探头、电缆、测读面板组成。测斜管为内壁有四条对称导槽的塑料管，作为测斜探头定向滑动的轨道。将测斜探头感应方向对准侧向位移方向的导槽内，将测斜探管滑入管底。停置片刻使其稳定并测其读数。测点间距0.5m，系统误差±4mm/15m。为消除量测装置零漂移引起的误差，每一测段两个方向的倾角都应进行正、反两次量测，比较不同测次各测点水平坐标。计算出各测点的水平位移值并绘制成水平位移沿深度分布的曲线图。

（3）监测结果分析

图2 深层土体水平位移曲线图

本项目深层土体水平位移监测结果见图2。由图可知，随基坑开挖的深度逐渐增加，侧向位移逐步增大，所有土体位移方向都朝向坑内。对于每个测斜监测点，其累计最大水平位移深度的位置随开挖深度逐步下移，一般出现在开挖面上下2.0m范围内。

开挖期间所有监测值都没超过设计预警值，且基坑东侧临近地铁侧土体变形明显小于西侧。随底板浇筑后侧向变形逐渐稳定。

3.4 支撑内力监测

（1）钢筋应力计埋设。监测点设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起关键作用的杆件上，钢筋混凝土支撑的监测截面宜布置在支撑长度的1/3部位。轴力计采用和钢筋混凝土支撑内主筋相同直径规格的钢筋计，采用数显频率读数仪进行读数，监测精度达到1.0%F·S。

基坑开挖前测量钢筋应力计的初频，应测试2次稳定值，取平均值作为计算初始值。

（2）支撑内力监测方法。在砼支撑中，采用钢筋应力计进行测量支撑内力。将钢筋应力计安装在钢筋构架的左、右两个侧面中间的主筋上，每组安装2只钢筋应力计，与支撑方向平行。可采用焊接方式安装，焊接长度应大于10倍的钢筋直径。焊接时要求平整、充实，要用湿麻布片或湿毛巾等包裹钢筋应力计降低温度，以保护传感器不受损坏。

钢筋计预埋时应做好传感器部分和信号线的防水处理。导线埋设时用塑料软管保护，并用绑扎线固定在钢筋上。通过引出导线，用数显频率仪测量钢筋应力计频率，根据相关关系，计算支撑内力。支撑轴力量测时，同一批支撑尽量在相同的时间或温度下量测，每次读数均应记录温度测量结果。

（3）监测结果分析

图3 支撑内力实测值曲线图

本项目支撑内力监测结果见图3。由图可知，每道支撑在该道支撑施工完成到下一次挖土的这段时间内增加最快，以后各次挖土轴力增加幅度逐渐减小，底板浇筑后逐渐稳定。

由于基坑变形的复杂性，各位置轴力实测值差异较大，支撑在设计时必须留有较大的安全系数。

4 地铁隧道自动化监测

本基坑处于地铁4号线保护区范围内，在地铁隧道等间距布置15个监测断面，各布设1组隧道水平位移、隧道垂直位移、水平收敛和隧道差异沉降监测点。按3次/d的监测频率开展地铁隧道自动化监测，并定期人工复核。

监测结果显示，各监测数据均未超过设计监测预警值，基坑开挖不影响地铁隧道的正常安全运营。

5 结束语

本项目对基坑开挖全过程进行监测，及时、准确的反馈基坑的受力与变形信息，为信息化施工与动态设计提供可靠依据，保证了基坑始终处于安全、可控的情况。支护结构与周边土体的变形是不可逆的，在基坑开挖过程中需要严格控制开挖土体的暴露时间，及时布设支护结构与基坑回填，有效地将基坑变形控制在安全适用的范围内。