圍護結構周邊土體深層水平位移監測的應用研究

熊飛

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

0 引言

深層水平位移監測作為基坑監測的重要參數之一，直接反映圍護結構沿深度范圍內的整體變形情況。以軟土地區為例，深基坑通常都是采用灌注樁作為支護結構，為保證監測結果的準確性，深層水平位移監測點通常采用在鋼筋籠里預埋測斜管的形式進行埋設，該方法可準確反映圍護結構的實際變形情況。然而，測斜管在施工過程中容易發生堵塞和破壞，此時需要在圍護結構中通過鉆孔重新預埋測斜管，引孔埋管成本高、難度大，且圍護結構頂部操作面要求高，此時可選擇在緊鄰圍護結構的土體中引孔埋設深層水平位移監測點來解決以上問題。

廣東省標準《建筑基坑施工監測技術標準》（DBJT15-162-2019）中規定，可以在土體中埋設測斜管進行深層水平位移監測，但在工程實踐中該方法通常作為備選方案，主要有以下兩個原因：

⑴圍護結構周邊土體的變形是否能夠真實反映圍護結構實際變形仍有待驗證；

⑵在土體中埋設深層水平位移監測點現場操作相對復雜，對操作人員的技術能力和現場經驗要求高。通過對深層水平位移在土體中和圍護結構中兩種測試方式的原理和差異進行理論分析，針對土體中埋設深層水平位移監測點現場操作的關鍵點進行總結，并通過工程實例驗證了同一工程部位分別在維護結構和土體中測試深層水平位移結果的一致性，證明該方法的準確性和可行性。

1 土體內深層水平位移監測理論分析和實施要點

1.1 可行性理論分析

圍護結構主要承受橫向推力，通常為水平土壓力或滑坡推力。由于混凝土圍護結構抗剪性能差，基坑變形過大往往會造成圍護斷裂，對基坑造成安全隱患，及時準確地掌握圍護結構水平位移情況是確保基坑安全的關鍵。采用圍護結構預埋測斜管的測試方法，結果能夠直觀反映圍護結構水平位移情況，因此在工程中為首選方案。

圍護結構周邊土體深層水平位移監測結果與圍護結構內監測結果理論上存在差異，主要有如下原因：

⑴土體與圍護結構相比，在材料剛度和整體性方面均有顯著差距，在相同荷載水平下變形差異大，理論上土體中水平位移偏大；

⑵土體中埋設測斜管需先引孔，成孔后放入測斜管并在管外側灌入填充材料，填充效果和密實程度無法驗證，填充效果不良將影響測斜管隨土體的協同變形，對測試結果造成影響；

⑶擾動后的土體及填充材料均需要長時間固結以達到穩定狀態，固結過程中土體產生的變形會對監測結果帶來誤差；

⑷基坑周邊水位的下降也會引起周邊土體產生變形，從而對測量結果造成影響。

1.2 土體內埋設測斜管的操作要點

確保圍護結構周邊土體進行深層水平位移監測結果的準確性，關鍵是確保土體與圍護結構變形的一致性，減小兩者之間變形的誤差。根據工程實踐經驗，在土體中埋設測斜管實施過程中，可采取如下措施提高圍護結構周邊土體深層水平位移監測結果的準確性。

⑴減小土體中監測點與圍護結構的水平距離，以削弱監測點與圍護結構間土體壓縮造成的變形不協調影響，根據經驗，兩者距離不宜大于1m；

⑵測斜孔采用鉆機引孔，成孔后應立即安裝測斜導管，避免由于防止過久塌孔造成堵塞；

⑶測斜導管為2m的塑料管，在連接二根測斜管時，要保證接頭及導槽對接好，使導槽保持連續呈直線。接頭處及管底用鉚釘聯結緊密并密封嚴密；

⑷控制一對導槽的方向與邊坡走向一致；

⑸測斜管安裝需用鉆機配合，利用鉆機吊裝，保證測斜管以勻速徐徐下放至孔底；

⑹測斜管全部吊裝完畢，在測斜管與孔壁間用過篩的砂充填，填砂要均勻緩慢，保證管與孔壁之間充填密實；

⑺斜管安裝完畢，要用蓋子把管口密封，以免雜物填塞測斜管；

⑻測斜管埋設工作應在基坑開挖前10天完成，以確保孔周邊巖土及孔內填砂的固結密實，確保測斜管與基坑的協同變形。

2 工程實例

2.1 工程概況

珠海橫琴某基坑，基坑采用雙排灌注樁(或三排樁)+反壓土隔墩+坑內水泥攪拌樁加固支護，基坑開挖深度約10.5m，地質情況詳見表1。

表1 珠海橫琴某基坑地質情況

基坑支護樁施工時，選取基坑不同位置的3根支護樁預埋測斜管，與土體內預埋測斜管深層水平位移測試結果進行對比。支護樁測斜管安裝要求：

⑴測斜導管為2m的塑料管，在連接二根測斜管時，要保證接頭及導槽對接好，使導槽保持連續呈直線。接頭處及管底用鉚釘聯結緊密并密封嚴密，當所有管連接好后，保證上下兩端的端口用管蓋密封，并且固定穩妥；

⑵測斜管連接好后，綁扎在其預制好的鋼筋籠內壁上，隨鋼筋籠放入樁孔內并澆筑混凝土；

⑶控制一對導槽的方向與邊坡走向一致。澆筑混凝土后能保證測斜管跟支護樁形成一體。

按照1.2節的土體內埋設測斜管的操作要點，在3根支護樁附近土體內埋設對照組測斜管，3組測斜點分別編號為CX1、CX2、CX3。

2.2 試驗結果分析

基坑監測過程中，每次使用同一套測斜儀和同一組人員測量對這3組深層水平位移監測點進行監測。選取基坑開挖到坑底后，在CX1、CX2、CX3處選取工況編號89的樁體深層水平位移與土體深層水平位移測試數據進行對比，對比結果如表2。

表2 CX1深層水平位移測試對比結果

由CX1的對比結果可以得出，此處圍護結構深層水平位移與臨近的土體深層水平位移變形趨勢大體一致，兩者偏差不大，土體各層水平位移較支護樁各相應深度處的變形偏大了0～2.5mm，偏差最大的位置出現在-0.5m處，土體深層水平位移較圍護結構深層水平位移偏大2.5mm，兩者偏差保持在5%以內。因此，CX1附近的土體深層水平位移可以代表該處支護樁的深層水平位移。

圖1 CX1深層水平位移測試對比結果圖

CX2對比結果顯示，土體深層水平位移與圍護結構深層水平位移變化大體一致，兩者偏差基本都保持在±1㎝以內，其中在-3.0m處，圍護結構深層水平位移比臨近的土體深層水平位移偏大7.7mm，但兩者偏差整體保持在5%以內。由此可見，CX2附近的土體深層水平位移監測結果可以反映出該處支護樁的變形情況。

表3 CX2深層水平位移測試對比結果

圖2 CX2深層水平位移測試對比結果圖

從圖3可以看出，樁體深層水平位移與土體深層水平位移變化趨勢基本一致，偏差較小，在-36m位置土體變形較圍護結構位移偏大3.6mm，在-48m深度，土體深層水平位移較圍護結構變形偏小3.3mm，其余位置土體深層水平位移與圍護結構深層水平位移偏差都在-3.3mm～+3.6mm以內。所以，CX3附近的土體深層水平位移也可以反映該處支護樁的變形情況。

表4 CX3深層水平位移測試對比結果

圖3 CX3深層水平位移測試對比結果圖

由CX1、CX2、CX3樁體深層水平位移與土體深層水平位移監測的對比結果可以看出，樁體深層水平位移與土體深層水平位移整體趨勢大體一致，兩者之間差距不大，各土層差異基本上都是維持在5%以內，滿足工程應用，土體深層水平位移基本上可以反映出該對應位置基坑的實際變形情況。

3 結論

⑴在軟土地區，深基坑開挖過程當中，支護樁的變形與臨近區域的土體變形雖然有一定的差異，但是整體的變形趨勢基本一致的，臨近土體的變形也可以反映該位置基坑的實際變形情況。

⑵在圍護結構施工的時候，優先采用在圍護結構中埋設測斜管的方案，當不具備在圍護結構中埋設測斜管或預埋的測斜管被破壞時，可選擇在緊鄰圍護結構的土體中鉆孔埋設測斜管作為深層水平位移的測試通道。

⑶為提高土體中深層水平位移測試結果的準確性，避免測斜管埋設質量不良引起測試結果誤差，測斜管的埋設工作需要嚴格執行相關技術要點。

⑷經工程實踐驗證，圍護結構中測試得到的深層水平位移與土體中測試結果一致性較好，雖然局部有較為顯著的偏差，但整體偏差率控制在5%以內，滿足工程應用要求。