变形监测技术在基坑施工中的应用分析

徐吉伟

（中交第三航务工程局有限公司南京分公司,江苏 南京 210000）

0 引言

随着城市建设的不断推进和土地资源利用的加大，基坑工程作为一种常见的土木工程形式，在城市建设中扮演着重要角色。然而，基坑施工过程中由于土体力学行为的复杂性和土地资源的局限性，基坑的变形问题一直是工程设计与施工中面临的挑战之一。因此，如何有效监测和控制基坑变形成为当前研究的重点。该文依托南航国际创新港总部一期工程，开展变形监测技术在基坑施工中的应用分析，以期提升基坑施工的稳定性与安全性。

1 工程概况

1.1 总体概况

该项目为南航国际创新港总部一期工程，分为3#、4#地块，基坑开挖面积约为55 000 m2，支护周长约1 440 m，地下室底板厚度为500 mm，承台厚度为900～2 000 mm，考虑150 厚垫层，基坑开挖面标高为2.05～5.65 m，基坑挖深为2.8～6.4 m。

1.2 支护形式

基坑PP'QABCDD'E 采用天然放坡作为支护结构体系；基坑其余段采用“上部天然放坡+下部钢板桩”的支护结构体系。

2 基坑变形监测实施方案

2.1 监测项目

根据工程的支护形式以及设计要求等，最终确定具体监测项目如表1 所示。

表1 监测项目汇总表

2.2 报警值设置

根据设计要求、监测相关规范以及周边环境中被保护对象的控制要求，综合确定项目监测报警值如表2所示。

表2 监测项目报警值

2.3 监测控制网

2.3.1 平面控制网

在基坑外侧稳定、安全的地方，布设多个平面基准方向点，距离基坑边线大于3 倍基坑深度，基准点PMKZ1、2、3 布设于远离基坑的建筑物楼顶房角，在基坑拐角内布设4 个工作基点，编号为PMJZ1-PMJZ4，采用多点后方交会法对工作基准进行校核。

2.3.2 高程控制网

根据现场初步踏勘情况，在远离基坑外布设3 个高程基准点，均布布设在远离基坑且不在监测范围内的房屋主体上。在基坑周边施工影响范围之外、相对稳定且易于保存的区域，布设3 个工作基点，编号为SP1-SP3。

2.4 监测点布设

2.4.1 坡顶水平与竖向位移测点

（1）测点布置。顶部水平位移与竖向位移采用同点，监测点布设于基坑监测竖向受力构件上部，布设间距约20 m。

（2）测点埋设。坡顶软土地面采用击入Ф18、长度800 mm 的钢筋头，然后用C25 混凝土浇筑保护墩。

2.4.2 深层水平位移监测

（1）布置要求。根据规范规定及设计要求，深层水平位移测点沿基坑边间隔20～60 m 左右布设，兼顾基坑中部、阳角部位、荷载较大部位等特殊位置。埋设于支护桩外侧土体中，深度为15 m。

（2）埋设方法。土体测斜管的埋设要求：在距围护结构1.5 m 位置处钻孔，孔径略大于测斜管外径，外径Φ70、钻孔内径Φ108 的孔较为合适。钻孔完毕后，将在地面连接好的测斜管放入孔内，测斜管与钻孔之间的空隙选用细砂或水泥与膨润土拌和的灰浆进行回填。

2.4.3 地下水位监测

（1）布置要求。根据设计图纸要求，基坑每条边设置一口水位观测井，埋设于坡顶外侧土体中，水位管深度约10 m。

（2）埋设方法。水位管的埋设要求：钻孔直径不小于100 mm，选用外径为φ53 mmPVC 管，管身全部设置滤管，以利于水渗透。钻孔完成后，对滤管深度范围采用绿豆砂进行回填，水位管在管口处做一个凹槽，深30 cm，长宽30 cm×30 cm，用砖浆砌内壁，上面盖一片钢板或木板。测量时将钢板或木板移开，测量完毕后将钢板或木板放回凹槽。现场若水位孔处地面硬化到位，则可以选择专用的铁制水位孔保护盖。

2.4.4 周边地表竖向位移

临近基坑道路间隔约20～25 m，沿管线间隔约15～25 m，软土地面测点利用螺纹钢筋直接打入地表约50 cm。硬化地表或路面使用水钻钻洞穿透硬壳层，采用长钻头将硬壳层下部的路基穿透，钻头直径需大于螺纹钢筋（直径20 mm、长1 000 mm）直径，将螺纹钢筋夯实于软土层，钢筋顶端低于孔口约20 mm，用黄沙填至地表下约30 mm。

2.4.5 周边桩基沉降监测

（1）布置要求。共布设54 个桩基沉降观测点，布设在东南角桩基上。

（2）埋设方法。利用电钻打孔预埋于待测桩基的对应位置。

2.4.6 锚杆内力、钢支撑轴力监测

（1）锚杆内力。预应力锚杆轴力计安装时，锚索计和锚头穿过钢绞线，然后安装张拉机具和锚具，张拉前对锚索计位置进行校验，使锚索计中心轴线与锚杆杆筋轴线重合，偏斜≤0.5°，偏心≤5 mm。确认合格后，开始预紧和张拉，张拉顺序与工程锚杆相同。张拉锁定后，将锚索计的数据线用PVC 管（或采取别的有效措施）进行保护并绑牢，引导至方便测读的地方，在导线尾部做好标识，注明应力计的编号及应力计在锚头的位置。根据现场情况做好保护措施[1]。

（2）钢支撑反力计。钢支撑每个测点位置安装1 个反力计，反力计在钢管支撑安装前焊接在支撑上。安装过程必须注意轴力计和钢支撑轴线在一条直线上，确保钢支撑受力状态通过轴力计（反力计）正常传递到支护结构上。在钢支撑吊装前，为防止损伤电缆，应将轴力计的电缆妥善地绑在安装架的两翅膀内侧。

3 监测结果分析

基坑监测工作始于2023 年7 月26 日，当前3#、4#地块土层基坑支护施工已全部完成。其中，4#地块已全部开挖，3#地块土层尚未开挖。该文主要对4#地块自基坑开始开挖至基坑开挖结束的监测数据进行分析，重点研究边坡顶部水平、竖向位移、土体深层水平位移、周边建筑环境竖向位移随时间的变化规律[2]。

3.1 边坡顶部水平位移

根据监测数据，绘制边坡顶部水平位移变化图如图1 所示。

图1 边坡顶部水平位移变化图

图1 中边坡顶部水平位移变化规律显示，在开挖初期，坡顶水平位移较小。这是因为支护结构提供了一定的支撑，稳定了边坡的状态。随着基坑继续开挖，坡顶水平位移会逐渐增加。因为在开挖过程中，土体受到剪切破坏和应力释放的影响，失去了支撑力，从而导致位移的增加。其中，在开挖的第10 d 至第15 d 内，坡顶水平位移变化速率有一个快速增长期。而后，临近开挖结束时，坡顶水平位移发展逐渐平稳。监测结果显示，坡顶水平位移最大值为8.6 mm，在测点D35 处，远远小于该文设置的报警值40 mm。

3.2 边坡顶部竖向位移

绘制边坡顶部竖向位移变化图如图2 所示。

图2 边坡顶部竖向位移变化图

由图2 可知，在基坑刚开始开挖时，边坡表面接触的土体受到的应力较大，坡顶竖向位移相对较小。随着基坑的开挖深度增加，边坡表面接触的土体受到的应力逐渐减小，土体开始发生松动和沉降，导致坡顶竖向位移增加。在开挖后期，支护结构提供的支撑作用使得坡顶竖向位移变化逐渐减小，最终趋于平稳。监测数据显示，坡顶竖向位移累计最大变形值为7.02 mm，仍然未达报警值40 mm，且最大值依旧出现在测点D35 处。

3.3 深层水平位移

由于深层水平位移监测数据量庞大，该文仅选取 CX20测点的数据进行分析。

观察图3 可知，土体深层水平位移随着基坑的持续开挖而逐渐增大，后期平稳发展至逐渐收敛。在土体纵向方向上，深层水平位移沿着深度方向呈递减趋势。CX20 的深层水平位移累计最大值为4.99 mm，发生在0.5 m深度处，未达设计报警值60 mm。

图3 深层水平位移变化图

3.4 周边建筑环境竖向位移

基坑周边环境包括周边建筑、围墙、道路、管道等，该文主要对周边道路竖向位移和周边管线竖向位移进行分析。根据监测数据，绘制最大累计沉降量变化图如图4所示。

图4 周边建筑最大累积沉降变化图

观察图4 可知，自开挖第10 d 开始，周边道路和管线才开始出现沉降，且二者沉降累积量皆呈现出随基坑开挖而逐渐增大的变化规律。其中，周边道路最大沉降累积量为14.76 mm，周边管线最大沉降累积量为5.06 mm，二者皆未超过设置的报警值。

4 结语

（1）通过实时、准确地监测和评估基坑的变形情况，可以有效预测和控制基坑工程中可能发生的变形问题，提高施工过程的安全性和稳定性。不仅可以避免因基坑变形引发的事故与工程质量问题，还有助于优化施工方案，合理利用土地资源，提高工程的经济效益。

（2）该文以南航国际创新港总部一期工程为例，对其3#、4#地块开展了基坑变形监测工作。其中4#地块的变形监测结果显示，边坡顶部水平、竖向位移、深层水平位移、周边建筑环境竖向位移皆未超过该文设置的报警值，由此可见在该工程的支护结构下，基坑变形稳定，满足规范和设计要求。