基坑工程周邊建筑物沉降監測及結果分析

費霆

上海遠淙工程技術有限公司 上海 201802

引言

在城鎮化建設過程中，基坑工程多處于建筑和地下工程密集區域，容易給周邊環境帶來影響。為保障工程施工安全，需要對施工期間周邊建筑物沉降進行監測，通過將結果與預測值比較確認各道施工工藝及參數能否達到要求，為后續施工順利開展提供保障。根據施工引發沉降的時空分布規律，能夠及早發現和處理異常，避免施工期間出現大面積將涌砂等事故。將監測結果反饋至設計單位，能夠優化基坑支護方案，保證工程建設的安全性、經濟性。

1 工程概述

青浦區重固鎮福貿路北側03-14地塊項目位于重固鎮大街和福貿路交匯處，東側擁有成片住宅樓。工程面積達21226㎡，基坑開挖深達4.55～4.65m，安全等級和環境保護等級均為三級。基坑采用攪拌樁內插型鋼+三軸攪拌樁止水的圍護結構。在基坑工程施工期間，考慮到周圍住宅建筑物可能發生沉降，需要進行布點監測，確保工程采用的支護結構受力均衡，可以最大限度減小周圍環境受到的影響，確保基坑開挖始終在安全、可控范圍[1]。

2 基坑監測基本要求

在明確監測內容的基礎上，合理布置監測點，確保監測點與監測對象的結構、施工流程、被保護對象的特征及位置等要素相適應，并結合基坑圍護結構的位置和基坑開挖深度，選擇最佳監測點位置，控制監測點密度。同時，為評估基坑監測項目的變形范圍、大小和方向，在監測點布置的同時，設置斷面，進而全面評估基坑變形狀況，優化圍護結構體系，提高基坑開挖工程安全性。

在控制網布置上，需要在不受施工影響的區域，選擇穩固高程的基準點，通常部署3個，將其與基坑工程施工的高程控制點配合使用，共同構建沉降變形監測基準網[2]。將基準點當成是數值計算的起始點，實施聯測，提高監測準確性，使其符合二級水準測量要求。

針對基坑圍護體系，在樁頂利用帶帽鋼釘布點，共包含54個測點，用于對垂直、水平位移進行監測。在結構深層位移監測上，采用工法樁測斜監測點布設方法，在基坑周圍墻體鉆斜孔，埋深達到樁入土深度[4]。在測斜管布設上，需要綁扎在工字鋼上，并插入到攪拌樁內，在鋼筋籠就位后在測斜管內注滿清水，并將上口封閉。在混凝土澆搗前進行檢驗，確認測斜管不存在滑槽、堵管等問題，能夠滿足深部水平位移監測要求，最終共計布置了10個監測點。在潛水水位監測上，根據地下障礙物分布情況確認布點位置，共計在基坑周圍布置18個測點。

3 主要監測方法及原理

3.1 監測基準

在外業觀測中，觀測設備選擇WILD NA2+FS1自動安平水準儀，由觀測人員按照往返作業要求觀測，觀測數據的處理遵循二級精密水準測量標準：基輔分劃讀數限差控制在0.5mm內，基輔分劃監測的高差限差控制在0.7mm內，往返較差及附和或環線閉合差不超過單程雙測站監測的高差限差不超過檢測已測測段高差限差不超過（n是指測站數量）。在實際監測中，監測人員應全面檢查外業記錄，確保各個水準環閉合差符合要求，確認無誤后方可實施內業平差計算，計算工具選擇EXCEL，計算結果中的高程數值取位為0.01 mm。

3.2 垂直位移監測

遵循二級精密水準測量標準，垂直位移的監測原理如下：在工作基點間構建一條聯測水準線路，既可設置為閉合線路，也可設置附合線路，利用線路的工作點明確布置監測點的高程，通過高程數值的處理，獲取垂直位移。通常來說，對于各個監測點而言，其高程初始值應在監測前測定3次，計算平均數作為高程初始值。某個監測點的垂直位移計算公式為本次監測高程前一次監測高程；累計垂直位移的計算公式為本次監測高程初始高程值[3]。

3.3 水平位移監測

遵循測量標準要求，水平位移監測選擇軸線投影法，監測原理如下：在監測網中選擇一個條測線，于線路兩端距離較遠的位置，選擇3個穩固基準點，記為A點、B點、C點，于A點處架設經緯儀，AB作為基準線，確認三者相對關系無誤后，于該線路布置的監測點處設置覘板，測定監測點和AB基準線間的垂直距離，記為E，測量工具為經緯儀。通常來說，對于各個監測點而言，其E值初始值應在監測前測定2次，計算平均數作為初始E值。某個監測點的水平位移計算公式為本次E值-初始E值，計算結果取位為1mm。

3.4 墻體深層水平位移監測

圍護結構的測斜是在基坑圍護結構的預制鋼筋籠合適位置，綁扎PVC管，作為測斜管，要求該管道管徑為Φ70mm，內壁帶有2組相互垂直的縱向導槽。坑外土體側向位移測點的埋設方法是在坑外土體中鉆Φ110mm的鉆探孔，放入管徑為70mm的測斜管，用細沙及回填土填滿測斜管周圍的孔隙，測斜管頂部安裝硬塑管，管道的長度為1m，管徑為Φ80mm，避免測斜管頂部因施工操作出現破損。在測試過程中，首先將測斜儀的探頭通過導槽緩慢下降至孔底，在溫度穩定一定時間后，按照從下至上的順序逐段測定X位移，以測量管頂部位移作為監測控制值。通常來說，于基坑施工前，在測斜孔中測定不同深度的傾斜值，每個深度測量2次，取平均數作為原始偏移值，用“+”、“-”表示偏移方向，前者為向內偏移，后者為向外偏移。

4 監測結果分析

4.1 樁頂水平位移

從樁頂水平位移監測結果來看，在東側基坑開挖階段，Q4、Q5、Q6等多個點位在不同時段的水平位移都曾經發生較大變化，數值能夠達到4mm，引發報警情況。而累計值最大的點位為Q4，能夠達到92mm。按照如表1所示的工程報警值，日變化量達到了±2mm，累計最大值為±35mm，說明已經達到了臨界條件。分析原因可知，基坑部分樁頂出現水平位移變化，主要是由于東側建筑在基坑開挖階段發生沉降，同時沉降量比基坑本身沉降量大，造成基坑內承受周圍土體產生的荷載，繼而引發位移變化。根據監測結果可知，為保證周圍基坑支護結構擁有足夠承載力，需要加強結構施工管理，在水平方向上增加結構抗側向能力，避免因水平位移過大造成結構受損。

4.2 樁頂豎向位移

從樁頂豎向位移變化情況來看，Q3、Q4、Q6、Q7等點位出現了沉降變化，但總體上來看單日變化速率不大，最大僅為-0.55mm，累計值最大點位為Q17，數值達到了-20.11mm。因此在基坑開挖過程中，樁頂豎向位移始終未超出規范限值，始終未發出報警，說明支護結構在豎直方向上擁有足夠的承載力。樁頂位移變化最大的點位于基坑開挖最深點附近，并未超出預設報警值，而其他點位的位移變形量較小。由此可見，在基坑開挖和支護過程中，受到的周圍環境影響較小。

4.3 基坑周邊地面沉降

從基坑周邊地面沉降情況來看，單日地表沉降值最大不超2mm，并未出現報警問題。而從累計情況來看，在25個監測點中累計值最大的為M2-1點位，能夠達到-19.03mm，同樣未超出報警限值。從圍墻沉降監測結果來看，同樣能夠達到控制要求，累計最大的點位為WQ2，數值為-8.89mm，在報警限值范圍內。從周圍建筑物沉降情況來看，各點位監測結果符合沉降控制要求，累計沉降值最大的位置位于F2-5，能夠達到-7.06mm。在基坑開挖、結構施工整個過程中，電信管線下沉在-1～-10mm范圍內，沉降量最大的點位累計值為-5.61mm，給水管線下沉約-1～-10mm，最大點位沉降量累計為-5.23mm。在不同時間段對基坑周邊地表、建筑物、管線等進行監測，可以發現各測點在前期變化整體呈平緩向上發展趨勢，沉降逐漸增加，并且在基坑開挖階段將發生顯著下沉情況。但隨著基坑墊層、底板等結構施工相繼完成，變化趨勢逐漸放緩，最終逐步趨于穩定。期間，并未有點位沉降量超出報警限值，說明基坑工程施工不會給周圍建筑物、構筑物等帶來過大影響，能夠保證施工順利開展。

4.4 支護結構深部水平位移

在樁頂位置水平位移超限的情況下，重點進行深部水平位移變化情況監測，確認支護結構是否存在安全隱患。在工程施工期間，對CX1～CX6共計6個點位水平位移進行監測，自-0.5m深度開始，每向下0.5m位置進行一次水平位移測量。從測量結果來看，距離地表越近的位置水平位移越大，越深的位置水平位移越小。在基坑開挖最初階段，CX2、CX3點位日水平位移量均超出了報警限值要求，平均變化速率達到了3mm/d以上。隨著施工持續開展，進入到結構施工階段，水平位移變化量逐漸減小。在整個監測期間，直至完成地下一層頂板澆筑，深部水平位移最大的點位為CX2，累計值達到了95.89mm，超出了報警限制要求。分析原因可知，受土質等因素的影響，基坑開挖階段給墻體測斜變形帶來了較大影響。而在CW2點位周邊，行駛大量重載車輛，同樣給墻頂位移產生了較大影響。隨著挖土面積的逐漸加大，坑內、外水土平衡條件變得更差，在未能及時進行底板施工的情況下，增加了深部結構變形速率，導致單次最大變形量較大，遠超單次報警限值要求。遭遇雨天無法進行基坑挖土，容易引發滑坡問題，導致坑底位置出現嚴重隆起現象。

5 結束語

在項目實施過程中，通過對基坑工程周邊建筑物沉降情況展開監測，及時發現了圍護結構存在水平位移變形量較大的情況，通過及時通知業主、監理和總包進行了分析討論，根據地質資料和現場施工情況采取了應對措施，在保證工程施工安全的同時，確保了基坑作業順利開展。結合項目經驗可知，根據地質條件合理確定基坑工程施工的沉降監測內容，通過科學布點對周圍建筑物沉降、圍護樁位移等多項內容展開監測，能夠及時發現和處理施工隱患，為工程可持續發展提供保障。