施工中的深基坑變形觀測與控制分析

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【摘? 要】本文先介紹了深基坑變形機(jī)理研究并突出深基坑工程變形監(jiān)測意義，在此基礎(chǔ)上論證影響基坑變形的主要因素，提出施工中的深基坑變形觀測與控制的要點。

【關(guān)鍵詞】施工;深基坑變形;觀測

1深基坑變形機(jī)理研究

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)除滿足強(qiáng)度要求外，還需滿足變形要求，即設(shè)計由變形控制。基坑工程的變形主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移、周圍地表沉降及基坑底部土體隆起三部分組成。深基坑開挖過程中，開挖面上因土體開挖而卸載，因此引起基坑底部土體產(chǎn)生以向上為主的位移，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在兩側(cè)壓力差作用下產(chǎn)生向基坑內(nèi)的水平位移和相應(yīng)的土體變形，而周圍地表沉降主要來自坑底土體隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移。這三者之問存在藕合關(guān)系，影響基坑變形的因素很復(fù)雜。1990年，Clough對深基坑開挖引致的變形進(jìn)行了較全面的研究，他將深基坑變形分為兩種：一種是基坑開挖和支撐的基本過程引起的變形;另一種則是由于相關(guān)的施工活動如墻體的施工、基礎(chǔ)的施工或支撐的拆除等引起的變形。他認(rèn)為只考慮引起變形的主要原因，就能將變形的預(yù)測限制在較合理的范圍內(nèi)。

2 深基坑工程變形監(jiān)測意義

深基坑工程施工是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是勞動安全與社會公共安全監(jiān)管的重點。全國各地基坑安全事故造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。目前，國內(nèi)工程界對基坑工程事故多發(fā)的原因有著較為一致的認(rèn)識。基坑工程活動面對的是歷經(jīng)千百萬年地質(zhì)歷史形成的物理力學(xué)性狀極為復(fù)雜，不同地域條件下又千差萬別的巖土工程類材料，而基坑工程設(shè)計卻是基于有限點位上巖土勘察報告取得的土性參數(shù)進(jìn)行的，存在著較多的不確定性;另外，指導(dǎo)施工的國家、行業(yè)技術(shù)規(guī)程是基于全國范圍內(nèi)的典型案例建立的，未必完全適用于工程所在地的工程地質(zhì)背景。對于基坑工程來說，設(shè)計是基于對巖土物理力學(xué)性狀不完備的認(rèn)識完成的，施工中又經(jīng)常遇到市政管網(wǎng)漏水、暴雨突襲、地面超載等多種偶然因素的影響，這是基坑工程事故高發(fā)的直接原因。土木工程施工的其它環(huán)節(jié)一般不存在如基坑施工這樣的知識不完備性和由此導(dǎo)致的潛在危險性。

3影響基坑變形的主要因素

3.1坑底土體隆起

坑底隆起是垂自向卸載而改變坑底土體原始應(yīng)力狀態(tài)的反應(yīng)，在開挖深度不大時，坑底土體在卸載后發(fā)生垂自的彈性隆起。當(dāng)圍護(hù)墻底下為清孔良好的原狀土或注漿加固土體時，圍護(hù)墻隨土體回彈而抬高。隨著開挖深度增加，基坑內(nèi)外的土而高差不斷增大，當(dāng)開挖到一定深度，基坑內(nèi)外而高差所形成的加載和地而各種超載的作用，就會使圍護(hù)墻外側(cè)土體產(chǎn)生向基坑內(nèi)的移動，使基坑坑底產(chǎn)生向上的塑性隆起，同時在基坑周圍產(chǎn)生很大的塑性區(qū)，并引起地而沉降。

3.2圍護(hù)墻位移

圍護(hù)墻墻體變形從水平向改變基坑外圍土體的原始應(yīng)力狀態(tài)而引起地層移動。基坑開挖后，圍護(hù)墻便開始受力。在基坑內(nèi)側(cè)卸去原有的土壓力時，在墻外側(cè)則受到主動土壓力，而在坑底的墻內(nèi)側(cè)則受到全部或部分的被動土壓力。

4施工中的深基坑變形觀測與控制分析

4.1基坑工程變形監(jiān)測項目分級

為使基坑開挖工作順利進(jìn)行，及時了解周圍建筑物和道路的變形情況，驗證圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量，對基坑開挖過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，以便在偶然或突發(fā)的情況下及時反饋信息并采取必要補(bǔ)救措施，確保基坑的安全。不同的國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)程是根據(jù)不同的經(jīng)驗背景編制的，在實際應(yīng)用中都發(fā)揮了重要作用，但同時產(chǎn)生了一些問題，主要是兩方面：①監(jiān)測項目過多，變形監(jiān)測成本過高，業(yè)主難以承受;②規(guī)范、規(guī)程規(guī)定的監(jiān)測項目不盡合理，一些強(qiáng)制性監(jiān)測項目對工程安全并不具有決定性影響。結(jié)合深基坑工程實踐，根據(jù)基坑工程結(jié)構(gòu)破壞后果嚴(yán)重程度，將基坑劃分為三級：當(dāng)破壞后果“很嚴(yán)重”時確定為一級;當(dāng)破壞后果“嚴(yán)重”時確定為二級;當(dāng)破壞后果“不嚴(yán)重”時可確定為三級。

4.2嚴(yán)格布置觀察點控制

做好幾方面的觀測點監(jiān)測要求。第一，監(jiān)測方法。基坑坡頂?shù)某两滴灰朴^測采用DS02水準(zhǔn)儀配合銦瓦合金標(biāo)尺光學(xué)測微法往返測定高差，根據(jù)基準(zhǔn)點與變形監(jiān)測點的相對位置關(guān)系布設(shè)成附合或閉合水準(zhǔn)路線。水平位移可采用基準(zhǔn)線法進(jìn)行，將全站儀設(shè)于基準(zhǔn)點上，用另一端基準(zhǔn)點定向后，第三點輔助檢核，分別量取各觀測點與基準(zhǔn)點的垂直距離，即可得各觀測點的水平位移值，數(shù)據(jù)應(yīng)精確到mm。測量時必須在基本相同的環(huán)境條件下由固定的專職人員按照相同的觀測線路和方法，采用相同的儀器設(shè)備進(jìn)行觀測，并形成記錄。第二，監(jiān)測頻率。自基坑開挖起進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻度每兩天一次，逢下雨、爆破、變形速率異常等特殊情況應(yīng)加密監(jiān)測頻度，基坑工程回填完畢可結(jié)束監(jiān)測。坡頂?shù)乇砦灰票O(jiān)測、周邊建筑物沉降觀測，基坑工程施工期間，每兩天監(jiān)測一次，并根據(jù)施工進(jìn)度適當(dāng)調(diào)整。基坑變形監(jiān)測的測量等級為三等，精度要求如下：①垂直位移測量時，變形點的高程中誤差不超過±1.0mm，相鄰變形點高差中誤差不超過±0.5 mm;②水平位移測量時，變形點的點位中誤差不超過±6.0 mm。第三，監(jiān)測報警值。變形速率預(yù)警值為：開挖支護(hù)過程中，連續(xù)每天變形速度大于5 mm/d;開挖至坑底后，連續(xù)每天變形速度大于2 mm/d。當(dāng)水平位移、沉降達(dá)到安全值或12h內(nèi)位移超過5 mm時，應(yīng)及時通知設(shè)計人員，并同時報告業(yè)主和監(jiān)理工程師。要加密觀測，同時進(jìn)行基坑周圍巡回目測。在出現(xiàn)裂縫的位置灌注水泥漿，以便觀察裂縫的發(fā)展情況。基坑變形報警值分別為：坡頂水平位移30 mm，邊坡墻體水平位移50 mm，坡頂豎向位移30 mm。

4.3深基坑變形控制措施

第一，先期預(yù)控。首先根據(jù)工程實際類型和特點以及相關(guān)工程經(jīng)驗，確定基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍地層變形的控制目標(biāo)，對基坑進(jìn)行變形分析，將預(yù)測的變形與控制目標(biāo)對比，如果預(yù)測的變形超出控制目標(biāo)，則對支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，或是采取地基加固措施，自到滿足變形控制要求。根據(jù)工程的特點及變形控制目標(biāo)設(shè)計詳細(xì)的施工方案及監(jiān)測方案。施工方案設(shè)計時，不僅要確定合理的開挖與支撐順序、挖土參數(shù)（分層厚度、分段長度、開挖與支撐時間等）、安全措施等，還要充分考慮施工中可能出現(xiàn)的不利影響因素或險情，做好技術(shù)保障措施，保證在出現(xiàn)險情時能夠及時采取措施制止。制定監(jiān)測方案時，對預(yù)測變形較大的部位要進(jìn)行加密觀測。

第二，優(yōu)化深基坑地下水治理措施。基坑開挖前一個月左右，需要設(shè)置坑內(nèi)井點降低地下水位并加以排除，使坑內(nèi)上體通過排水固結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度，從而提高坑內(nèi)上體的水平抗力，減少基坑的變形量，增強(qiáng)基坑穩(wěn)定性，減少坑底上體的隆起。基坑降水以不影響臨近建筑物和地下管線的安全為原則，為此在坑內(nèi)外設(shè)置足夠的觀察孔，并在坑外設(shè)地而沉降觀察點和回灌井，必要時應(yīng)采取回灌措施，確保防止因圍護(hù)墻滲漏水而使坑外四周的地下水位也下降，造成對其坑周邊的管線、道路及建筑物的破壞。如需抽降承壓水，要嚴(yán)格控制承壓水的抽降時間與抽降深度，底板硅施工完畢的地段隨即停止抽水。承壓水抽降高度應(yīng)根據(jù)觀測井內(nèi)測得的承壓水位來確定。

總之，深基坑變形的允許值國內(nèi)以前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各地區(qū)在工程實踐中都是結(jié)合各自地區(qū)經(jīng)驗和具體問題來確定。我們作為測繪工作人員要嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)氐囊?guī)定并結(jié)合實踐經(jīng)驗來做好觀測及控制工作，保障地方的安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50497- 2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范【S】.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009

（作者單位：廣西壯族自治區(qū)玉林市勘察測繪設(shè)計研究院）