深基坑开挖支护结构监测技术

周 亮

中交第三航务工程勘察设计院有限公司

1 引言

随着我国城市化建设步伐的不断加快，城市可利用的建筑用地越来越紧缺，促使现代建筑不得不通过提升土地地上与地下的利用率来获得更大的收益，这就使得现代建筑物的总高度与地下层数不断增长，对深基坑的开挖、支护结构提出了更高的要求。所以注重深基坑开挖支护结构监测技术的研究与分析具有深远影响与重要意义。

2 工程概况

文章以南京市IC集成电路研创园项目为例，该项目用地总面积约110亩。规划主要为科研设计用地，规划建设智能写字楼、总部办公楼、智能制造研发楼、研发孵化楼、园区配套附属设施等，打造为具有集聚效应的IC智能制造、高端研发办公创新园区。项目总建筑面积30.7×104m2，其中地上建筑面积约18.2×104m2，建设工程包含办公楼、写字楼、商业配套、孵化器及园区配套设施。

本项目场地内部原状土绝对标高从14.5m～18.1m，整体呈现西北侧高，东南侧低的趋势。场区平均标高约为16.8m，土方开挖至绝对标高5.5m，土方量约为75.4×104m3（含中心岛土方约9.0×104m3），基坑支护涉及两道支撑，计划土方开挖（不含中心岛）分三层进行，第一层土方约19.4×104m3，第二层土方约28.2×104m3，第三层土方约18.8×104m3，剩余中心岛区域土方（约9.0×104m3）于地下结构施工完成后开挖。

3 深基坑开挖支护结构施工技术既措施

深基坑开挖施工过程中，施工顺序、施工质量以及基坑支护结构的安全之间有着密切的联系，根据工程项目的实际情况，在支护结构满足设计的各项技术指标要求的前提下要合理地安排施工顺序与选择施工措施。

3.1 深基坑开挖施工质量与施工顺序的要求

深基坑开挖施工质量的关键在于钻孔灌注桩的施工质量，在实际施工过程中为了保证深基坑开挖后建筑主体的有序施工，要注重对桩位位置的控制，实际偏差不得＞70mm，同时桩体垂直度偏差不得＞1/100，桩位成孔不允许出现缩颈现象，在成孔之后要保证坑底的清洁程度，具体要求是坑底沉渣的厚度不得＞200mm。只有满足这些施工要求才能为施工质量提供有力的保障[1]。

结合本工程项目的实际情况，深基坑的开挖顺序、方法以及施工技术以施工设计为指导，遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的施工原则。深基坑分层开挖必须保证每次开挖的深度不得＞2m，当开挖至2m后立即停止开挖留坡处理，坡度不得＞30°，在深基坑开挖至距离设计标高300mm时停止机械作业，转由人工进行施工修土，当基坑开挖至设计标高后及时进行混凝土垫层施工并以最快速度完成基础施工，避免基坑敞开时间较长影响土体结构与工程质量。

3.2 深基坑开挖施工区域划分

深基坑开挖施工中为了有效地避免开挖施工中变形情况的发生，开挖要坚持以“时空效应”理论为指导，实行分层、分段、分块、对称平衡支撑开挖等原则。所以针对本工程项目的实际情况，深基坑的开挖的施工顺序可以划分为：一区→二区→三区→四区等（具体分区如图1所示）。

图1 开挖分区示意图（单位：mm）

3.3 土方开挖施工

3.3.1 第一层土方开挖

根据设计要求与施工标准，在实际施工中第一道支撑上方土直接用350型挖掘机开挖，开挖时分东西两区域同时开挖，每区域布置6台大型挖掘机，两挖掘机前后间距不＜10m，左右间距不＜15m。第一层土方开挖至绝对标高13.5m，并在基坑周边进行基坑放坡，坡度为1：1.5[2]。

3.3.2 第二层土方开挖

IC集成电路研创园项目基坑开挖面积较大，第一道支撑下方土方开挖时，根据现场实际情况，按照独立稳定的结构体系划分为四个分区，为保证对称开挖，一区东西两侧同时开挖、二区三区接近同时开挖、四区东西两侧同时开挖。待第一分区混凝土内支撑大达到设计强度后，首先开挖第一分区，至绝对标高8.7m，开挖深度4.8m，开挖支撑下土方时，为便于机械进入支撑下方施工，需先开挖出坡道。坡道顶标高为13.5m，坡道底标高为8.7m，坡比1：7，坡长34m，运土通道垫0.5m厚建渣后铺设2cm厚钢板。

此外各分区土方开挖时，首先开挖对撑及角撑外的空旷地块，并根据基坑监测方案随时观测各项位移指标，确保各项指标在允许范围内。支撑下、栈桥下土方开挖时先用小型挖掘机将开挖出的土方集中堆放在空旷处，再由挖掘机装车转运至弃土场。如小型挖机无法将支撑下及栈桥下土方挖运出，考虑采用长臂挖机。

3.3.3 第三层土方开挖

第二道支撑下土方开挖时，同样按照独立稳定的结构体系划分为四个分区，为保证对称开挖，没有混凝土内支撑的一侧，等对称一侧混凝土内支撑达到设计强度后开挖。即：一区东西两侧同时开挖、二区三区接近同时开挖、四区东西两侧同时开挖。

第二道支撑下方土开挖需在第二道支撑整体施工完成前，分区达到设计强度后并经验收合格后进行，土方开挖至绝对标高5.5m，开挖深度3.2m，开挖支撑下土方时，为便于机械进入支撑下方施工，需先开挖出坡道。坡道顶标高为8.7m，坡道底标高为5.8m，坡比1：7，坡长20m，运土通道垫0.5m厚建渣。土方开挖时小型挖掘机下至支撑底面开挖，并将开挖出的土方集中堆放在空旷处，再由挖掘机装车转运至弃土场[3]。

第三层无支撑下方土方开挖时直接放坡开挖，但为避免不对称开挖，无第二道支撑标高下土方等有第二道支撑接近同时施工。放坡坡度1：7，坡顶标高为8.7m，坡底标高为5.8m，坡长约20m，运土通道垫0.5m厚砖渣并连接至上层运土坡道。开挖时选择3台大型挖掘机错位开挖，两挖掘机前后间距不＜10m，左右间距不＜15m。

另外地下结构施工完成后进行中心岛区域土方开挖，开挖时采用1:7放坡开挖，坡顶标高14.3m，坡底标高5.8m，坡长60m，坡道表面垫0.5m厚建渣，坡道土方随着中心岛围护桩的拆除同步开挖并经地下结构坡道外运。中心岛土方开挖至标高5.8m时停止机械作业，剩余0.3m土方由人工清理。

4 深基坑监测技术

4.1 建筑管线、建筑物以及地表围护墙定的监测

针对本工程项目中的建筑管线、建筑物以及地表围护墙的监测工程主要是监测沉降的实际情况。在实际监测工作中主要采用独立的高程系统，根据相关规范要求要在距离深基坑的100m以外的区域内设计两组固定的监测水准点，可以标记为H1、H2、H3、H4，然后借助高精度的测量仪器测量出这四个点位的实际高差，将这四个点位确定为变形与沉降的基准点。在实际监测工作中需要注意的是这四个监测点必须形成一条等水准闭合线路，最后由线路内的多个工作点来测定监测点的高程，同时要保证测量闭合差不得＞±0.5mm×√N。各个监测点的数据确定需要取＞三次的测量平均值，其中前后两次所获得的测量之差是本次监测到的沉降变化情况；测量值与初值之差则为累计沉降变化量[4]。

4.2 深基坑围护墙顶的位移监测

深基坑围护墙顶的位移监测是重要的监测内容之一。在实际工作中要遵循准直线法监测原则，通过确定被监测目标的一条边为基础，在这条边的两端的原处设置稳固的基准点，可以标记为H1、H2，将测量设备经纬仪架设在H1点位后，定向H2，使得H1、H2联为一条测量基准线，在这条测量基准线可以设置多个监测点，借助经纬仪来读取各个监测点至H1H2基准线的垂直距离，同样需要取多次测量数据的平均值来确定变形情况。针对在实际施工中无法运用基准直线测量的情况可以采用测小角法来完成对围护墙顶位移的监测工作。

4.3 深基坑的测斜

深基坑的测斜主要是针对在开挖施工阶段围护体系纵向水平变化的监测，以地层移动理论与施工经验为指导，通过相关公式的计算来获得深基坑围护结构的安全性、稳定性以及可靠性，同时根据相关数据资料的分析与研究后对基坑外地面隆沉程度与影响情况预估结果，为相关施工方案的制定提供重要的理论与数据支撑，进而为施工的安全提供重要的保障。深基坑的测斜工作主要是利用测斜仪器完成，当前测斜仪器主要包含活动式与固定式两种，在深基坑测斜工作中需要根据实际需求合理的选择测斜仪器类型。

4.4 深基坑地下水位的监测

深基坑地下水位监测工作原理是，通过在基坑外边线之外2m～4m的范围内提前预埋坑外水位监测孔位，在实际埋设过程中可以借助钻机来监测孔的布设，监测孔的深度必须达到6m，然后在孔位内穿入PVC水位管，在PVC水位管埋设过程中一定要注意外部砂石的漏入，影响滤头的渗水，在PVC水位管穿入监测孔后及时用膨润土进行填实处理，防止接管处发生漏水情况。在实际水位监测工作中降水前要测的不同水位孔孔口高程以及水位至孔口的高度，做好详细的记录，再计算获得不同水位孔的水位标高，初始水位要取连续两次测量的平均值，每次水位与初始水位标高比较即为水位累计变化量。监测过程要求定期测量孔口标高，以纠正孔被压而使孔口标高变化。

5 结束语

本文结合工程实例主要通过深基坑开挖施工质量、施工顺序、开挖区域划分、土方开挖施工、深基坑监测技术等多个方面内容的研究，对于深基坑开挖支护结构监测技术进行了总结与分析，以期能为类似工程提供参考建议。