市区基坑开挖对周边环境影响及监测分析

黄承华

（上海远淙工程技术有限公司，上海）

引言

基坑工程属于临时性工程，不仅可以加固原位土体，还能为后续作业提供空间。但是，基坑开挖一旦出现问题极易引起不良环境效应，从而致使周围土体位移场、应力场出现大幅度偏转状况，严重威胁建筑物及地下管线的安全性。对此，市区基坑开挖施工期间，应全面了解周边环境监测内容以及报警指标、监测技术要求等，系统监测基坑周围建筑物及地下管线变形、沉降情况，并提出科学的解决措施，以降低基坑开挖施工对周围环境造成的影响。

1 工程概况

1.1 工程介绍

工程拟建场地位于上海市静安区，西邻平型关路、南侧粤绣小区、北邻上海大宁社区、东侧为老旧6层小区及上海花木公司1 层食堂，用地面积为5 818 m2左右，包括一栋多层医疗设施建筑（六层）以及二层地下室。项目要求做好地下二层基坑开挖施工，基坑深度为10.70/11.20 m、周长为311 m、开挖面积为3 812.7 m2、环境保护等级为二级、安全等级为二级。拟开挖基坑为钻孔灌注桩围护结构，采用三轴搅拌桩止水，共有两道混凝土支撑体系。另外，房屋评估报告显示，基坑东侧老旧小区（天然地基建筑）及食堂（砖混结构建筑）极易受基坑开挖施工影响，必须做好基坑及周围环境监测工作，便于及时发现建筑物倾斜、变形以及管线沉降等问题，避免影响周围环境。

1.2 周边环境状况

拟建场地东侧邻近民用建筑、小区便道，北侧邻近办公楼（2 层），西侧为现有道路，南侧为小区入口便道，周边环境条件较复杂，具体如下：

东侧：场地东侧邻近民房（按天然地基考虑），地库基坑边线距民房约7.88 m，该侧基坑边线距用地红线（道路边线）最近约4.23 m。南侧：场地南侧为小区入口便道，地库基坑边线距该侧红线（道路边线）最近约6.57 m，距离管线最近约14.12 m。西侧：场地西侧为现有道路（平型关路），地库基坑边线距该侧红线（道路边线）最近约3.59 m。红线外有燃气、上水、电信、电力等管线。北侧：场地北侧邻近办公楼（2 层，按天然地基考虑），地库基坑边线距该建筑最近约6.20 m，地库基坑边线距用地红线最近约3.78 m。

根据现场踏勘及相关资料，场地内及周边管线分布比较复杂，具体如下：

场地西侧为现有道路（平型关路），红线外有燃气、上水、电信、电力等管线。距离红线最近约3.5 m左右。

2 周边环境监测内容及技术要求

2.1 周边环境监测内容及报警指标

本项目周边环境监测工作本身具有工作量大、范围广的特点，要求做好基坑周边的市政管线、地表以及建筑物的监测工作[1]。另外，工程根据监测工作要求及基坑施工现场状况拟定报警指标，按照三级警戒制度管理报警指标，报警值为控制值的80%、预警值为控制值的70%（具体监测报警值如表1 所示）。

表1 监测内容及报警值

2.2 监测技术要求

2.2.1 基准网观测技术要求

基准网即监测中设立的基准点组成的网，基准点的埋设水平直接关系到基准点观测结果的准确性。对此，开展周围环境监测时，应结合工程类型、监测周期、监测网精准度选择最佳的基准点埋设方法，以提升监测结果的精准度。除此之外，垂直位移监测基准网应以相邻点高差中的误差为相关技术指标的依据[2]。

2.2.2 沉降监测点观测技术要求

本项目建筑物沉降观测精度应达到二级要求，所有监测点布置均应满足经济合理性要求，最大程度上提高监测预警系统（四维空间）的完整性，从而获得更准确的监测数据[3]。

3 监测点的布设与施测

3.1 高程控制网的布设与施测

本项目高程控制网采用独立水准系统，按照国家Ⅱ等水准测量规范开展水准高程控制点的高程测量工作，高程测量误差≤±0.3 mm，具体要求如表2 所示。布设高程控制网时，应按照整体布置，始终秉承着分级控制原则，应用精密水准仪，以提升高程监测数据的精准度。进行高程控制网观测期间，项目运用闭合路线法（附合水准路线法），每1～2 个月复测一次控制网中各控制点高程的稳定性。当受控高程监测点变形数据出现异常变化时，也需要复核各控制点的高程，当高程变形量大于2 倍监测点测站高差中的误差时，需要修正控制点的高程值。普通监测点高程在控制网的控制下采用闭合路线或附合路线的形式进行观测。其闭合差要求≤0.6√N（N- 测站数），测点中误差一般也应≤±1.0 mm。

表2 水准测量高程控制网技术要求

3.2 建筑物垂直位移监测

建筑物只布设垂直位移监测点，监测点应优先布设在基础类型、埋深和荷载有明显不同处及沉降缝、伸缩缝、新老建（构）筑物连接处的两侧；建筑物的角点、有代表性的中点，应布设监测点；沿其周边布点间距宜为6～20 m；对于圆形、多边形建（构）筑物监测点宜沿纵横轴对称布设。

竖向位移测量采用精密水准仪，水准线路按国家二等水准要求观测。以附合或闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准基准点为基准，测算出各监测点标高。同一测点相邻两次标高差即为本次该测点竖向位移量，第一次竖向位移量累加至当次本次竖向位移量即为该测点累计竖向位移量。计算公式如下：

式中：dhi- 本次竖向量；hi- 本次标高；hi-1- 上次标高；Dh- 本次累计竖向量

3.3 施工区域周边地下管线位移监测

为准确监测施工区域周边地下管线沉降情况，本项目直接穿透路面结构硬壳层埋设沉降点，直接将监测点布设在深层位置，运用Φ25 mm 螺纹钢标杆为沉降标杆，直接深入到原状土内（30 cm 以上），如图1所示。另外，沉降标杆外侧应始终10 cm 以上内径金属套管保护，并使用黄砂回填标杆间隙，在套管顶部安装管盖，保证其与地面处于齐平状态，以提升监测数据信息的精准度。

图1 沉降标杆埋设方法

地下管线监测点的间距一般宜为15～25 m。在监测警戒范围内如有多条多种管线时，应依据所在空间位置、年份、类型、材质、管径等情况，优先在那些需要重点保护的并有足够代表性的管线上布设监测点。对于需要重点保护煤气等刚性管线，在条件允许时，应尽可能利用窨井、阀门、抽气孔、积水井、检查井等管线设备埋设直接观测点或模拟直接点，对于一般电信等柔性管线有可能时也尽量利用修理井或自行埋设深层标布设模拟直接点，只有在条件不允许时，才允许采用埋设于管线上方地表的间接监测点。拟在周边燃气管线、电力管线、上水管线、电信管线上布设垂直位移监测点，观测时可以用水准仪对准标杆参考点来测量其高程变化，即是管线的竖向位移。

3.4 地表垂直位移监测

在基坑每边布设地面垂直位移监测断面，每一监测断面在垂直基坑方向35 m 的（大于3 倍基坑开挖深度）范围内每隔4 m、5 m、7 m、9 m、10 m 布设1 个沉降测点。垂直位移测点以光滑的凸球面的钢制测钉或钢筋打入。

测量采用国家二等水准精度等级的电子全站仪，建立起水准路线上的各个监测控制点的联系，使其形成附合支路或闭合环线路，以水准控制点为基准，对各个监测控制点位相对于水准点的标高进行测量。同一测点相邻两次标高差即为本次该测点沉降量，将每次监测得到的沉降值结果累加后，再与初次沉降观测结果做和值处理，其输出结果就是该监测控制点位的累积沉降量。

4 监测数据分析及建议

4.1 建筑变形情况分析

本次重点监测建筑变形情况，按照要求开展建筑各类应力应变监测标埋设、初始值设定及测定工作。各区基础施工期间，本项目依据标准监测开挖深度2.5 倍影响范围内的监测点，并视各项应变参数线性变化情况确定监测工作频率。从图2 可以看出，随着施工的推进，周边建筑物沉降明显，但累计值均未达到报警值，在基坑施工期间由于土体的侧向位移导致地表沉降较为明显，底板浇筑后周边建筑物沉降相对稳定。

图2 周边建筑物沉降监测变化曲线（部分）

4.2 地表及主要管线沉降结果分析

本项目严格按照要求保护周边管线，并按照要求制定了多种监测方案，全方位监测基坑周围地表及主要管线沉降情况。

如图3 所示，随着施工的推进，周边地表沉降明显，但累计值均未达到报警值，在基坑施工期间由于土体的侧向位移导致地表沉降较为明显，底板浇筑后周边地表沉降相对稳定。

图3 地表沉降监测变化曲线（部分）

从图4 可以看出，随着施工的推进，周边管线沉降明显，但累计值均未达到报警值，在基坑施工期间由于土体的侧向位移导致管线沉降较为明显，底板浇筑后管线点沉降相对稳定。

图4 周边管线沉降监测变化曲线

4.3 施工建议

针对建筑物、地表及主要管线监测数据，本项目提出了以下施工建议：建议一，根据基坑施工情况及裂缝现状，制定科学的加固措施，以避免后续基坑开挖施工期间房屋出现变形、坍塌问题；建议二，放慢桩基施工速度，将预制管桩施工工艺改为钻孔灌注桩施工工艺，以减少桩基施工对建筑物造成的影响，避免裂缝进一步扩大[4]。

5 结论

本次静安区中医医院平型关路院区工程现已顺利完成，不仅降低了基坑开挖施工对周围环境造成的影响，还保障了基坑开挖施工质量。监测市区基坑开挖对周边环境影响期间，项目严格按照要求完成了水平位移监测控制网布设与施测、施工区域周边地下管线位移及沉降监测等工作，准确掌握了建筑变形情况及地表、主要管线沉降状况，为后续桩基础施工提供了依据。本文就市区基坑开挖对周边环境影响及监测工作开展了深入探讨，总结了大量监测工作经验，希望可以为类似工程施工提供借鉴。