基坑支護及其變形監測

薛 霄，王正廠

（1.山東正元數字城市建設有限公司，山東 煙臺 264270；2.山東正元建設工程有限責任公司，山東 濟南 250100）

1 概述

擬建場地位于某市鄭陸工業大道以北，常焦線以西。本場地環境良好，交通便利，場地較平坦，地貌類型為平原區高亢平原地貌形態[1]。本工程屬于多層框架結構的辦公建筑，耐火等級地上為二級，地下為一級。本工程單體建筑面積為7 342.12 m2。建筑層數為地上五層，地下一層，建筑高度為20.55 m，地下-4.8 m（局部-5.1 m）。

2 施工部署

根據本基坑支護與降水工程的設計圖紙、現場施工段的劃分，初定施工流程如下[3]：降水管井施工→管井降水運行→土方分層開挖→基坑邊坡支護施工。針對本工程現場實際情況及常州地區類似工程施工經驗，本工程各工序之間需進行流水施工，對各工序間的配合要求較高，每道工序的施工節點必須嚴格按照施工組織進度執行，否則就會影響下道工序的施工，進而影響總的施工工期。根據本工程的現場特點、施工工藝及工程量，基坑土方開挖及邊坡支護工期暫定20 d，基坑降水運行工期暫定60 d，具體視土方開挖及現場實際情況確定為準。

3 基坑支護

3.1 土釘墻支護施工

1）施工工藝流程。在施工之前，要針對設計條件、土層條件和環境條件可能帶來的影響，按照施工工藝流程進行[4]。

2）施工步驟：①開挖工作面：基坑邊坡開挖應分層分段進行，分層開挖深度按設計工況[5]進行。在機械開挖后，應輔以人工修整坡面，坡面虛土應予以清除。②設置鋼筋：按梅花形定位放線，水平向上遇到障礙時可適當調整角度用來避開。③土釘注漿量按設計圖紙要求：水泥采用42.5級復合硅酸鹽水泥，水灰比1∶2，Φ110孔注漿30 kg/m；注漿體強度不得小于M20。④鋪設坡面鋼筋網：鋼筋網采用Φ8鋼筋，土釘墻支護區域設置1目金屬網+人工綁扎成250×250方格網片，網格允許偏差為±10 mm；鋼筋網與土釘間設置2Φ14雙向壓網筋，壓網筋與土釘間焊接牢固。⑤噴射混凝士：土釘墻支護區域噴砼厚度為80 mm，噴層砼強度為C20，噴射砼配合比（水泥∶砂∶石子）為1∶2∶2，粗骨料粒徑為5～10 mm。⑥設置排水系統。在噴射砼部位坡面設置泄水孔，一般每4㎡設置一個，出水部位增設。

3.2 施工質量和成果

1）質量保證措施。原材料要有出廠質量證明書和實驗報告單，錨桿配料工作應按照規范要求進行，每道流程應嚴格檢查，觀察邊坡的位移和地面的沉降。

2）施工成果。通過土釘墻噴砼支護，可以得到以下施工后的成果[6]，如圖1所示。

圖1 施工結果

3.3 地下管線及其他設施的保護措施

1）施工前查明現場20 m范圍內管線布置情況，以及其他地下地上設施布置情況。

2）施工定位放線后，要對照已掌握的資料，確定樁位處是否有地下管線及其他設施通過，若有要立即向甲方、監理及有關單位反映以確定處理措施。

3）對有可能有地下設施的區域要謹慎施工，遇到異常情況要立即停止施工，采取處理措施。

4）施工時除要注意對地下設施影響外，還要密切監測周圍建筑物的變化，以防止對周圍建筑物產生不利影響。

3.4 坍塌事故預警監控措施

基于基坑坍塌事故可能帶來的嚴重性后果，預防基坑施工過程中可能發生的坍塌事故是安全工作重點[7]，在施工過程中應對深基坑密切的監視，并對可能出現的險情及時做出預警預報。

4 基坑監測

4.1 支護結構頂水平位移監測

4.1.1 點位布置

開工后現場實際情況，圍護體頂部、支撐立柱水平位移監測采用小角法或極坐標法進行，基準點、工作基點共計埋設約13個。在護坡上每隔20 m左右布置一個監測點，基坑各邊中部、端部及陽角等相對危險的位置應首選布設，監測點共計8個，編號P1～P8，測點采用在護坡上埋設帶有對中標志鋼釘的形式布設，與沉降點共用監測點。在工地的影響之外，視野良好的地方布設3個基準點，兩點形成連線，并影響精度和穩定性。

4.1.2 主要技術指標

工作基點由基準點采用支導線方法引測，引測時角度和距離各觀測兩測回[8]。支導線不超過兩站，定期對工作基點進行復測檢查。精度要求為監測點坐標中誤差小于1.0 mm。報警值(累計值）為40 mm，變化速率為3 mm/d。初始數據采集為2次，監測頻率為1天監測1次。

4.1.3 作業方法

1）小角法主要用于觀測基坑的水平位移變形[9]，在基坑周圍較穩定的位置，用兩點形成基準線。一個點安置全站儀，另外一個點安置棱鏡，利用全站儀精確的測出監測點到安置儀器的點的連線和基準線夾角的微小變化量αP。根據AP的距離S和P點相對于AB的偏移角αP，按照公式（1）計算出P點的位移量LP。其中A、B為已知觀測墩，P1為觀測點。

通過上式可知，基坑水平位移精度受觀測距離S和水平角α的觀測誤差影響，其觀測的中誤差為：

由于水平距離S經過觀測后可作為固定值，水平位移的觀測精度主要因素是水平角的觀測精度，應采用高精度的儀器或增加測回數來提高水平角的觀測精度。

2）極坐標法。極坐標法是利用數學中的極坐標的方法，將2個已知點為坐標軸，使其中一個點為極點建立坐標系[10]。測定觀測點到極點的距離，測定觀測點到極點的連線與已知坐標軸的角度，最后來計算觀測點的坐標。

根據A、B已知點坐標，角度α和距離S，按照以下公式，計算C點坐標。

3）兩種方法的比較。小角法布設方案對場地的要求比較高，要求基坑四周比較開闊，有足夠的空間布設基線，基線不能距離基坑邊緣太遠(一般2 m左右保持小角)，且工地的建設基線間不能有遮擋物；極坐標法要求有一通視的工作基點作為后視即可，具有靈活性。小角法的精度較高，極坐標法的精度較低，但現有的高精度儀器的基礎上都可以達到一級基坑監測的要求。小角法和極坐標法觀測和計算都比較簡單，工作效率都比較高。

4.1.4 數據處理

本次各點測試值與同點號上次測試值之差為本次變化量，本次各點測試值與同點號的初始測試值之差為累計變化量。測量時，用電子手簿記錄，并按照Excel表格格式出具成果，如表2所示。

表2 圍護體頂部水平位移監測成果表

以P1點繪制累計位移和累計速度，如圖2、3所示。根據觀測次數的第1次、第7次、第14次和第21次，可顯示所有點的累計位移量都為正，累計位移在7.0～9.0 mm之間，可見都向基坑內側水平位移。第21次時，部分點位已經被破壞，施工情況位，基坑整體下挖4.5 m左右，底板澆筑完畢。累計位移量和位移速率都在報警值范圍以內，滿足要求，基坑并無異常。

圖2 P1點累計位移量圖

4.2 支護結構頂沉降監測

4.2.1 點位布置

基準點布設在測區上，所有點位距監測對象150 m以上，并采用穩定的建/構筑物角點或固定路燈基座標識。為使沉降觀測成果與現行1985國家高程基準一致，以200 m影響區外城市等級控制點（基于1985國家高程基準）作為整網起算并完成所有聯測工作。

4.2.2 主要技術指標

根據本地域施工經驗并結合相關規程，本項目采用《建筑變形測量規范》中二級變形測量級別精度要求進行沉降觀測[11]。報警值（累計值）為20 mm，變化速率為2 mm/d。初始數據采集為2次，監測頻率為1天監測1次。

圖3 P1點位移速度圖

4.2.3 作業方法

在測量之前，對儀器進行監測，以減少儀器的系統誤差對沉降監測的影響，此外還需注意固定使用同一套水準儀及水準尺。第一次觀測時應進行高程引測及基準點聯測，后期每間隔3個月進行一次基準點的穩定性檢測，以保證觀測數據的可靠性。高程引測及基準點聯測按照二級水準測量的觀測精度要求進行，采用往返觀測。由四等水準點構成閉合水準線路，按二級沉降觀測精度要求進行往返觀測。

4.2.4 數據處理

在建筑物建設的過程中，隨著工程推進，建筑物的基礎部分會產生一定量的沉降。沉降量超過一定程度時，必然會導致建筑物受力不均，引起建筑損壞[12]。所以在建筑施工和最初使用過程中，應對建筑物進行周期性的沉降監測，有效防止因沉降過大而產生的事故。每次外業觀測工作結束后，把數據放在電腦上用軟件進行平差計算，求得各點高程，計算本次沉降量、累計沉降量及沉降速度，提交成果時在成果資料上注明觀測日期及施工進度，繪制沉降關系曲線圖，并進行成果分析。

測量時，用電子手簿記錄，并按照Excel表格格式出具成果，如表3所示。根據監測成果，繪制累計沉降圖和沉降速率圖，如圖4、5所示。

表3 圍護體頂部垂直位移監測成果表

圖4 P1點累計沉降圖

圖5 P1點沉降速度圖

根據觀測次數的第1次、第7次、第14次和第21次，發現點位數據都為負，并且累計位移在-2.5～-0.1 mm之間，可見都垂直向下位移。第21次時，施工情況是基坑整體下挖4.5 m左右，底板澆筑完畢。支護結構頂累計沉降沒有達到報警值，沉降速率雖然波動明顯，但沒有發生較大的沉降，基坑無異常。

4.3 周邊建筑物、道路沉降監測

4.3.1 點位布置

沉降監測依據建筑物周圍的水準基點進行，首先根據觀測要求，需要埋設不少于3個穩定牢固的水準基點且相互的間距不大于100 m，這些基準點與建筑物最大邊緣的距離在50～100 m之間，并且要將水準基點布設在受建筑沉降影響范圍之外的安全區域。此外，為保證其能夠穩定且長期保存，需要將水準點保護起來，在布設時要按照二、三等水準點標石要求進行埋設標志。

高程引測及基準點聯測按照二級水準測量的觀測精度要求進行[13]，采用往返觀測。沉降監測基準點組成監測網，使用水準測量方法進行監測。

4.3.2 主要技術指標

主要技術指標與支護結構頂沉降監測一致，報警值(累計值）為40 mm，變化速率為3 mm/d。初始數據采集為2次，監測頻率為1天監測1次。

4.3.3 作業方法

沉降監測基準點組成監測網，用水準測量方法進行監測。每次監測前先要監測基準點的穩定性，而且需要滿足二等水準觀測要求。沉降監測點采用閉合水準路線，按照二級沉降觀測精度的要求進行觀測，與基坑的沉降監測方法一致。

4.3.4 數據處理

測量時，用電子手簿記錄，并按照Excel表格格式出具成果，如表4所示。

表4 沉降監測成果表

以其中兩點繪制累計沉降圖和沉降速度圖，如圖6、7所示。

圖6 C8點累計沉降圖

圖7 C1點沉降速度圖

根據觀測次數的第1次、第7次、第14次和第21次，可發現絕大部分點位數據都為負，并且在累計位移在-9.2～1.2 mm之間，可見大部分都垂直向下位移。第21次時，施工情況是基坑整體下挖4.5 m左右，底板澆筑完畢。根據數據來看，基坑周邊的建筑物在緩慢向下沉降，但沉降量不大，沒有達到報警值，所以基坑周邊無異常情況。

4.4 地下水位監測

在基坑支護結構外周邊土體埋設地下水位管，成孔深度至基坑開挖水位控制深度下2 m左右，逐段安放水位管。量測精度不宜低于10 mm，變化為正值表示水位上升，負值表示水位下降，量測精度不宜低于10 mm。日報警值大于300 mm/d（連續3 d），累計報警值大于等于1 000 mm。初始數據采集為2次，監測頻率為1天監測1次。讀取鋼尺的讀數，讀數是從地下水位到管口的深度?；娱_挖降水前，選擇晴天連續測量2～3 d的水位，取其平均值為水位初始值。

根據觀測次數的第1次、第7次、第14次和第21次，如圖8所示。

圖8 基坑地下水位

以4次數據為標準，第1次為2.582 m、第7次為1.445 m、第14次為0.770 m、第21次為-0.758 m，基坑的下地水位并無異常情況。

4.5 鋼絞線錨索軸力監測

每根軸上的測試點應設置在錨頭附近，并在有代表性的力位置。安裝過程中應隨時對錨索測力計4個傳感器逐一進行監測，是否4個傳感器受力均勻，從錨索開始向周圍錨索逐步加載以防偏心受力或過載。當測得的結果達到承載能力的70%時，應及時報警。初始數據采集為2次，監測頻率為1天監測1次。對所得的數據按照以下Excel表格格式出具成果，如表6所示。

表6 軸力測定值

根據不同孔號測量的測定值，取一個孔號繪制折線，如圖9所示。

圖9 孔號ZX1累計變化量圖

根據圖表可知，有1次達到高峰，但未達到預警值，其他測定時都較為穩定，沒有發現特殊情況，滿足要求。

5 結論

基坑監測中，監測成果是根據施工安排和進度為依據，對外業數據進行處理，并且提供變形監測報告。對于監測結果，可以進行點位的穩定性分析、水平位移分析和建筑物沉降分析?；拥纳疃炔粩嘣诩由钪?，基坑的設計和施工技術已經取得的很大的進步。一方面，我們應對不同的基坑進行不同的設計，優化其設計結構；另一方面，應加強基坑監測，為改進建筑設計和研究提供有效的材料。