淺談巖土工程深基坑監測技術

摘 要：本文對巖土工程深基坑主要監測內容與技術進行了介紹，然后通過工程實例詳細的介紹了深基坑監測技術的應用，指出了監測中應注意的問題，并針對施工過程中監測發現的問題對工程施工采取了相應的措施，以確保工程安全順利的進行。

關鍵詞：深基坑；監測技術；巖土

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A

近年來，城市空間的利用越來越大，基坑工程開挖規模、數量也日益增加，開挖深度大幅增加。由于基坑工程涉及到諸多的學科，受到大量因素的影響，進而在巖土基坑工程施工中，往往有著較高的事故發生率。在基坑工程施工前進行預測與分析，在施工中進行工程的監測能夠有效的確保工程的精確度、準確度以及安全性，因此得到了業界的廣泛的關注。同時，由于基坑工程周邊環境復雜，具有密集的建筑物、管線，以及較高的環境保護要求，因此基坑支護結構的設計與施工開始重視對變形的控制。

一、巖土工程深基坑主要監測內容與技術

（一）基坑支護位移監測

1 支護結構頂部的水平位移和垂直沉降監測

基坑工程中最直接、最重要的觀測內容就在于支護結構頂部的水平位移和垂直沉降監測，其主要目的在于找出基坑支護結構任意水平位移、垂直位移與固定參照點相應值的變化，構成變化曲線圖。該固定參照點應設置在受深基坑工程施工影響較小的地方，距基坑2倍～3倍開挖深度的水平距離之外。

2 支護結構傾斜位移監測

支護結構的深層撓曲變形觀測，是通過支護結構傾斜位移來得以體現的，而這也是主要的控制深基坑位移的手段。通常埋設測斜裝置以監測，測斜裝置的構成包括了測斜管、測斜儀以及測讀儀。在監測中，測斜管與支護結構長度應保持一致，并延伸至地表，材料通常為PVC測斜管。

（二）基坑支護結構體系應力監測

1 支護結構體系內力監測

對支護結構體系內力進行監測，通常包括了支護結構、支撐結構的監測。其主要目的在于通過構件受力鋼筋應力的測定，然后根據鋼筋和混凝土共同工作以及變形協調條件反算得到。

2 土壓力的監測

土壓力監測通常在圍護結構迎土面埋設土壓力計，為保證在澆混凝土時，避免混凝土不包裹土壓力計，最好在圍護結構的外面鉆孔埋設土壓力計。

（三）孔隙水壓力監測

孔隙水壓力的變化，是土層沉降的預兆，孔隙水壓力監測在地表沉降方面，如對支護結構引起的基坑開挖、地表隆起與沉井下沉的控制中起著十分重要的作用，通常采用孔隙水壓力計進行土體任意位置的孔隙水壓力量測。

（四）坑內土層監測

坑內土層監測指的是對基底垂直隆起的監測，通常使用的儀器為水準儀，由于與其他監測項目相比基底垂直隆起并不是主要的破壞形a式，因此不是各個過程都進行監測的，只在重要性建筑、土質較差的建筑物用進行監測。

二、巖土工程深基坑監測技術的應用

（一）工程概況

某過江通道 N 線南岸工作井深基坑，工作井屬于典型的盾構隧道上岸超深基坑，工作井的開挖深度為 29.60m。過江穿越場地地勢平坦開闊，地面高程為6m～12.3m，相對高差較小，南岸設有防洪堤，地表平坦起伏較小，堤頂標高+10m左右。工作井場地上部屬第四系松散沉積物，下部為白堊系基巖，自上而下土層為：①雜填土，②粉質粘土，③淤泥質粉質粘土，④粉質粘土夾粉砂，⑤粉細砂，⑥卵礫石，⑦中等風化砂巖。其中基坑開挖層為淤泥質粉質粘土。工程場地含水層為粉質粘土、淤泥質粉質粘土，地下水屬于孔隙潛水并富有水性透水性差。上層潛水水位位于天然地面下 0.20m～1.00m，承壓水水位埋深 56.00m～60.65m，抗浮設計水位為天然地面下 0.00m，應注意場地的地表水與地下水對混凝土與鋼筋均具有微腐蝕性。

（二）相關設計

1 支護與連續墻施工

工作井凈空 20m×20m，平面外輪廓24.8m×24.8m，底板埋深 29.60m。工程場地地面標高與施工場坪標高分別為+7.50m與+7.20m。工作井圍護結構為Φ1200mm的地下連續墻，深度為 61m，采用支撐系統，7 層圍檁，均采用鋼筋混凝土結構。

地下連續墻設計深度為61m，為確保槽壁穩定，防止坍塌，提高地基土承載力，在開挖前用水泥攪拌樁進行地基土加固。加固深度地下 15m范圍。地下連續墻施工控制的基準為導墻，因此在加固完成達到設計強度后，對導墻施工，結構為現澆鋼筋混凝土，做成“┐┌”形，凈寬比地下連續墻厚度稍寬，混凝土強度等級為C25，導墻頂比地面高出至少10cm。地下連續墻為嵌巖設計，采用順槽法成槽開挖，泥漿液面保持在地下水位以上 0.5m。布設鋼筋籠，并在鋼筋籠上設置鋼筋接駁器，根據監測方案設計在鋼筋籠上安裝基坑監測元件，準確安裝所有的預埋件。地連墻混凝土強度等級C35，抗滲等級為 P10、P8。

為確保降水效果，在基坑內布置 2 個井作為水位監測井，并且基坑內水位應在開挖面下 1.0m左右。基坑開挖至標高-14.90m 時，開啟降壓井進行減壓降水。

2 監測

工作井基坑開挖深度為 29.60m，屬于深基坑。監測內容包括土體與圍護結構側向變形監測；圍護結構內力監測；周邊地表豎向位移檢測；圍護結構側向土壓力監測；支撐軸力監測；立柱沉降監測；空隙水壓力監測；地下水位監測；周邊建筑物變形等等。

三、監測技術與結果

（一）土體及地下連續墻側向變形監測

地下連續墻墻后土體中埋設土體側向變形監測管。在地下連續墻鋼筋籠入槽前預安裝在鋼筋籠上，連續墻體內埋設圍護結構變形監測管，測斜管每隔15m～20m布設（圖1）。測斜管采用為PVC 管，直徑為70mm，在管內設互相垂直的兩對導槽，其中互成 180°的一對導槽對準基坑內側，此方向為后續監測時需要測量的位移方向，以及土體與地下連續墻水平位移的主要方向。深層水平位移測量采用側斜儀，測斜儀的系統精度應不低于0.25mm/m，分辨率應不低于 0.02mm/500mm，系統精度±7mm/30m。

由分析結果可知，地下連續墻變形與開挖深度相關：地下連續墻變形隨著開挖深度越大增大；開挖深度增大，最大水平位移點下移，且開挖前期最大水平位移點下移較快，深開挖階段最大位移點區域相對穩定。墻后土體變形規律與地下連續墻變形規律高度一致，且變形速率一致，不同開挖深度，土體最大位移深度、地下連續墻最大位移位置大致位于20m處。

（二）墻頂水平位移、豎向位移監測

每處水平位移和豎向位移監測共用 1 個測點，測點間距為 10m～15m，測點布置根據支護方式進行。在壓頂梁澆灌時，在壓頂梁內嵌入φ12mm螺紋鋼作為墻頂位移測點，為方便水平位移觀測，在測點鋼筋端頭加鋸十字絲（圖2）。水平位移監測只測定垂直于基坑邊方向的位移，監測采用視準軸線法、小角法等施測，基準點和工作基點設置在基坑施工影響范圍外，施測前應校核基準點和工作基點的穩定性。豎向位移監測采用精密水準測量方法，初始高程通過基點和附近水準點聯測取得。為保證測量精度，測量不宜超時，一旦超時，應重新測讀后視點。全站儀讀數最小至 0.1mm，點位相對中誤差1mm。豎向位移監測測量精度按國家二等水準要求進行。高程控制測量及首次沉降觀測采用往返測或單程雙測站觀測方式進行，采用單程觀測進行后續觀測。每測站視線長度≤ 50m，前后視距差≤ 2.0m，視線高度≥ 0.3m。本工程中，地下連續墻深度為 60m，而實際墻后土體埋設測斜管埋設深度僅為 44m。根據限元分析在 44m～60m 區間土體水平位移并不為0，全部土方開挖完成時，44m處位移量高達 10mm。因此為確保監測數據的準確性，墻后土體測斜管埋置深度應達到地下連續墻深度。

（三）圍護結構內力監測

自上而下每個監測斷面每隔 5m布設一處測點，每處測點布設迎土面與背土面兩個鋼筋計，各斷面測點≥ 3 處，布設 6 個鋼筋計。鋼筋計量程應為設計值的1.2倍，精度≥ 0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。本工程連續墻彎矩最大點隨著開挖深度的增加而逐漸下移，全部土方開挖完成，彎矩最大值在深度30m附近。而鋼筋最大拉應力>30MPa，受拉側混凝土拉應力設計值，一旦截面開裂，鋼筋暴露腐蝕，連續墻承載力將下降。

（四）支撐軸力監測

支撐軸力監測通常采用鋼筋應變計或混凝土應變計，可將應變計可埋設在結構內部或者安裝在結構表面。為確保測試精度，方便保護測點，測試斷面通常埋設四只鋼筋計，安裝在支撐四角受力鋼筋上（圖3）。鋼筋計量程宜為設計值的1.2 倍，精度≥0.5%F·S，分辨率≥0.2%F·S。支撐軸力監測工作中發生應變計失效情況，這是因為超出量程，導致軸力計算結果不準；而且應變計布設位置部分不合理，應變值極小，實際支撐軸力無法測得。所以在條件允許的情況下，應對混凝土應變計補充布置，進而供數據處理的復核校對。

結語

與普通工程測量不同，深基坑巖土工程中測量有著特有的監測目的與特點，測量方法與傳統的測量也存在較大的差異。在巖土深基坑監測中，不僅要熟練掌握相關規范，同時要熟練操作儀器設備，高度重視誤差的來源和減弱措施，進而確保獲得準確的監測數據，提高基坑工程施工的整體水平。

參考文獻

[1]齊術京，王長龍.深基坑巖土工程施工中的監測技術的處理[J].科技信息，2011（06）：351-352.

[2]丁鑫.深基坑施工中支護結構分析與監測技術研究[D].武漢理工大學，2014.

[3]蔣宿平.基坑監測技術的研究與應用[D].中南大學，2010.

[4]劉艷.深基坑監測技術及進展[J].山西建筑，2007（32）：117-118.

作者簡介：王淦，性別：男，1973年生，漢族，四川省蓬溪縣人，高級工程師，大學本科，巖土工程勘察、設計與施工，建筑工程（巖土工程），1997年7月畢業于成都理工大學（原成都理工學院）。