基坑監(jiān)測規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)方法的探究

白江宏，趙 振

（1.中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430081；2.武漢中隧軌道交通工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430081）

1 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，在一些大城市中出現(xiàn)了越來越多的深大基坑，基坑在施工過程中對周邊環(huán)境不可避免產(chǎn)生較大的影響，掌握基坑監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，對深基坑及周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑實施監(jiān)測，并不斷根據(jù)實際經(jīng)驗分析監(jiān)測的數(shù)據(jù)成果，加強(qiáng)監(jiān)測技術(shù)，指導(dǎo)施工，顯得尤為重要。

2 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求及意義

當(dāng)基坑滿足如下條件：基坑挖深≥5 m，或挖深＜5 m但存在場地地層及周邊環(huán)境復(fù)雜時必須實施監(jiān)測，是各類規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的硬性要求。但由于建設(shè)單位對監(jiān)測工作的不重視，監(jiān)測單位進(jìn)行監(jiān)測結(jié)果分析時支撐數(shù)據(jù)少，導(dǎo)致基坑隱患不能及時預(yù)警，施工單位不能及時進(jìn)行事故原因分析并處理，最終造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。基坑監(jiān)測的意義在于掌握好基坑監(jiān)測方法及技術(shù)，了解變化規(guī)律，保證基坑體系安全性運營；通過監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值比較實現(xiàn)信息化施工，優(yōu)化設(shè)計方案等等。

3 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及具體實施方法

3.1 確定標(biāo)準(zhǔn)要求的對象及監(jiān)測項目

基坑支護(hù)形式可以大致分為幾類：土質(zhì)良好可以直接放坡、排樁（包括鋼板樁、灌注樁等）、地下連續(xù)墻等墻體、懸臂樁等，支撐體系常見有混凝土撐、鋼管撐、立柱以及錨索錨桿體系。監(jiān)測單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計方案并結(jié)合地質(zhì)條件及周邊環(huán)境確定監(jiān)測對象包括但不限于支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊建筑物等，具體為掌握支護(hù)體系下臥層變化情況，了解支護(hù)體在基坑土方開挖過程中的豎向和平面變形情況以及對周邊建筑物的影響，對其頂部沉降值以及水平變形情況進(jìn)行監(jiān)測。開挖后，基坑內(nèi)外的水壓力及土壓力靠支護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系來平衡，支護(hù)結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形，支護(hù)體在不同深度各個點位的水平位移來計算支護(hù)體系的整體傾斜程度。內(nèi)支撐體系主要承受軸向壓力，但也存在彎曲變形及側(cè)向變形，監(jiān)測的數(shù)據(jù)可以與設(shè)計計算的數(shù)值進(jìn)行對比了解實際受力情況。如立柱發(fā)生的位移可以直接反饋內(nèi)支撐體系的位移，立柱豎向的位移可以反映基坑開挖中土體的隆起。基坑土方開挖的過程是地下土體卸荷載的過程，坑底下層土壓力減少會引起坑內(nèi)土體回彈，坑底回彈也是監(jiān)測項目之一，以上這些監(jiān)測項目都屬于支護(hù)體系。基坑開挖過程中為了解基坑周邊建構(gòu)筑物及地下設(shè)施管線的變形情況，不影響其正常和安全使用，管線位移、另外地下水位監(jiān)測、周邊建筑物地表沉降觀測等等也作為監(jiān)測項目，具體還需要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況確定，湖北地區(qū)設(shè)置了管井降水時必須進(jìn)行地下水位動態(tài)監(jiān)測。

3.2 監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的開展手段

監(jiān)測開展工作主要靠儀器監(jiān)測與巡視檢查共同，監(jiān)測單位有經(jīng)驗的技術(shù)人員的巡視檢查作為儀器監(jiān)測的補(bǔ)充，比如目測結(jié)合尺子、放大鏡等工具觀察記錄對支護(hù)結(jié)構(gòu)的冠梁支撐有無變形開裂，墻體有無裂縫、基坑有無出現(xiàn)管涌流砂等。對施工工況如地層情況、分層開挖深度、地面堆載等是否正常進(jìn)行拍照錄像；對周邊環(huán)境中電纜管線有無損壞、周邊建筑物、道路有無傾斜及地表裂縫等進(jìn)行經(jīng)常性的檢查。巡視檢查記錄與當(dāng)日的儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)及時對比分析，共同反應(yīng)及評價基坑目前的工作狀態(tài)。

3.3 監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)中監(jiān)測點的布設(shè)

3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)水平位移基準(zhǔn)點、工作基點、監(jiān)測點

為了測量監(jiān)測點的水平位移變化值，需要先布設(shè)測量控制網(wǎng)，先由基準(zhǔn)點、工作基點共同形成一級控制網(wǎng)，然后由工作基點與監(jiān)測點形成第二級控制網(wǎng)。基準(zhǔn)點和工作基點是進(jìn)行水平位移觀測的依據(jù)。

基準(zhǔn)點布置原則為不受影響范圍外，一般選擇基坑開挖深度5倍以外的范圍，設(shè)置3~5個基準(zhǔn)點，主要用途為監(jiān)測工作基點的變形，基準(zhǔn)點埋設(shè)要求：可靠、穩(wěn)定的地點，做到可以定期進(jìn)行校核工作基點。

工作基點布設(shè)為遠(yuǎn)離基坑的穩(wěn)定的地點，分別設(shè)置為3~4個，主要用途為監(jiān)測所有變形觀測點，工作基點埋設(shè)要求與基準(zhǔn)點一致，埋設(shè)方法符合建筑變形測量規(guī)范的規(guī)定。穩(wěn)固且利于觀測和保存。在監(jiān)測過程中應(yīng)定期校核。基準(zhǔn)點及工作基點宜采用有強(qiáng)制歸心裝置的觀測墩，觀測墩埋設(shè)深度不小于1.2 m。支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部（墻頂或樁頂）水平位移一般沿基坑周長每一個施工段設(shè)置，在靠近支護(hù)結(jié)構(gòu)的周邊土體上的觀測點宜埋深混凝土標(biāo)石，頂部露出地面20~30 cm，埋深不小于1 m，頂部標(biāo)志可采用具有強(qiáng)制對中裝置的鋼筋標(biāo)志。

3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)豎向位移基準(zhǔn)點、工作基點、監(jiān)測點

豎向位移一般采用幾何水準(zhǔn)點進(jìn)行監(jiān)測。可利用周圍建筑物的水準(zhǔn)點高程進(jìn)行，數(shù)目不少于3個，以便組成水準(zhǔn)控制網(wǎng)，作為基準(zhǔn)點或工作基點。基準(zhǔn)點應(yīng)取基坑挖深5倍多的范圍且不小于50 m且設(shè)置在基坑支護(hù)周長邊線，豎向監(jiān)測周期時間較長，需要設(shè)置在結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的且沉降穩(wěn)定的建筑物四個角點，然后用射釘槍或膨脹螺絲固定，在表面涂上紅漆。也有在支撐端頭及立柱頂設(shè)置，測點可采用直徑12 mm的鈍頭短鋼筋，應(yīng)在澆筑支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r埋設(shè)，露出表面5~10 mm，當(dāng)遭到破壞，用鉆孔埋設(shè)或者射釘槍補(bǔ)點。

為了測量監(jiān)測點的豎向位移變化值，需要在支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部、立柱頂、周邊建筑物軸線及道路、地下管線位移部位等設(shè)置豎向位移監(jiān)測點。

3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測

內(nèi)力監(jiān)測點包括維護(hù)墻體的內(nèi)力監(jiān)測、支撐內(nèi)力監(jiān)測。維護(hù)墻體內(nèi)力監(jiān)測應(yīng)設(shè)置在受力變形大的部位或在支撐系統(tǒng)中起到關(guān)鍵控制作用的桿件，在結(jié)構(gòu)主筋上設(shè)置一對鋼筋計，或在四角處布置四個鋼筋計。在每道支撐選擇軸力最大、剪力較小的桿件進(jìn)行監(jiān)測，中部或端部布設(shè)軸力監(jiān)測點，在錨桿錨頭處通過軸力計測試錨桿拉力，可同時監(jiān)測兩端和中部的沉降和位移。每道支撐內(nèi)力監(jiān)測不少于3個，并且各層支撐的監(jiān)測點位置應(yīng)在豎向保持一致。鋼筋混凝土支撐采用鋼筋計與受力主筋通過連桿對焊或幫焊連接，鋼支撐可采用軸力計或應(yīng)變計、混凝土支撐可以采用混凝土應(yīng)變計等量測。在靠近支護(hù)結(jié)構(gòu)的周邊土體進(jìn)行土體變形、土壓力測試，土體上的觀測點宜埋深混凝土標(biāo)石，頂部露出地面20~30 cm，埋深不小于1 m，頂部標(biāo)志可采用具有強(qiáng)制對中裝置的鋼筋標(biāo)志。

3.3.4 標(biāo)準(zhǔn)地下水位監(jiān)測

地下水水位監(jiān)測主要是管井降水水位的測量，尤其是承壓水頭水位測量。監(jiān)測方法主要是可以用觀測井進(jìn)行水位觀測，通過孔內(nèi)設(shè)置水位計等方法進(jìn)行測量。這些孔位設(shè)置要具有代表性，如基坑中心及四個角等，要求全面反映工程環(huán)境地下水位分部面。壓力監(jiān)測包括基坑內(nèi)外土壓力和孔隙水壓力的監(jiān)測。土壓力盒應(yīng)緊貼基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的迎土面，孔隙水壓力傳感器的安裝與埋設(shè)均必須在水中作業(yè)，埋設(shè)方法為鉆孔或者直接推入埋設(shè)深度，在周圍填入純凈砂，上部用黏土球封孔。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)觀測方法及儀器

水平位移測定方法包括視準(zhǔn)線法、極坐標(biāo)法、GPS法等。豎向位移監(jiān)測宜采用幾何水準(zhǔn)方法。

視準(zhǔn)線法可測量特定方向上的各基準(zhǔn)點的水平位移，其中小角法是視準(zhǔn)線法測定水平唯一的常用方法。采用經(jīng)緯儀等光學(xué)儀器進(jìn)行測定。小角法是用精密經(jīng)緯儀精確地測出基準(zhǔn)線方向與測站點到觀測點的視線方向之間所夾的小角。從而計算觀測點相對基準(zhǔn)點的偏離值。

極坐標(biāo)法適用于如果測設(shè)距離比較短，需要測定任意方向。采用全站儀進(jìn)行作業(yè)，具體原理為：在控制點上測定一個角度和一段距離來確定點的平面位置，標(biāo)定其他點位的方法。由兩個已知控制點坐標(biāo)和放點的設(shè)計坐標(biāo)，算出由控制點到所放點的方向和距離。初始值觀測兩次，以確保無誤。以后每次觀測值與初始值比較，求得測點的水平位移。

GPS法也就是全球定位系統(tǒng)，當(dāng)基坑監(jiān)測點與基準(zhǔn)點無法通視可采用GPS定位法，具體原理為用定位系統(tǒng)提供的信息來進(jìn)行基坑變形監(jiān)測，在1 000 m的基線精度可以達(dá)到亞毫米級。缺點是成本高，需要接收衛(wèi)星信息，不能實現(xiàn)高精度的變形值。

豎向位移監(jiān)測當(dāng)測量點間的高程差較大，精度要求不高時，也可此采用短視線光電測距三角高程測量法，監(jiān)測精度要求按照規(guī)范及經(jīng)驗進(jìn)行。

其他如坑底回彈應(yīng)設(shè)置回彈監(jiān)測標(biāo)，采用幾何水準(zhǔn)并配合高程的輔助設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，傳遞高程的金屬桿件或鋼尺等應(yīng)及時修正。

3.5 監(jiān)測周期及頻率標(biāo)準(zhǔn)

基坑監(jiān)測頻率不是一成不變的，是動態(tài)調(diào)整的。在施工階段要根據(jù)基坑開挖和圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況，對變化速率進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)測值的增加速率明顯增大，應(yīng)該加密監(jiān)測，反之可適當(dāng)減少監(jiān)測次數(shù)。一般情況下從基坑工程開挖到底板完成監(jiān)測頻率低，底板完成到基坑回填完成監(jiān)測間隔要稍微長，監(jiān)測一直要延續(xù)到基坑工程及周邊建筑物及地下管線變形趨于穩(wěn)定后結(jié)束。基坑開挖時是地下土體卸荷載階段，支護(hù)結(jié)構(gòu)處于加荷狀態(tài)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測次數(shù)，開挖完后，監(jiān)測值處于穩(wěn)定，監(jiān)測間隔可以適當(dāng)放長。當(dāng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象和數(shù)據(jù)時，或鄰近報警狀態(tài)時應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測頻率，在梅雨季節(jié)基坑監(jiān)測應(yīng)加密測試，當(dāng)有事故預(yù)兆時應(yīng)連續(xù)監(jiān)測，這些都驗證了基坑監(jiān)測頻率的動態(tài)調(diào)整。

在《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》及《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中按照基坑工程安全等級、施工階段及基坑開挖深度進(jìn)行了規(guī)定，基坑安全等級提高，從三級到一級，按照監(jiān)測時間間隔減小。在基坑開挖期間應(yīng)測項目的監(jiān)測頻率，對于一級基坑，監(jiān)測頻率的經(jīng)驗值采用1次/1 d，對于二級基坑，監(jiān)測頻率的經(jīng)驗值采用1次/2 d，對于三級基坑，監(jiān)測頻率的經(jīng)驗值采用1次/3~4 d。在基坑運行期間，相比基坑開挖期間低1~2個等級，對于一級基坑，為1次/2 d，對于二級基坑，為1次/3~4 d，對于三級基坑，為1次/10~14 d。對于一般性的宜測、可測項目，一般監(jiān)測頻率為應(yīng)測項目的1/2~1/3。

3.6 監(jiān)測報警值標(biāo)準(zhǔn)

在規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50202-20029要求對監(jiān)控報警值進(jìn)行了規(guī)定，如基坑變形的監(jiān)控值，按照基坑類別三類指標(biāo)的最大沉降監(jiān)控值，見表1。

表1 基坑變形的監(jiān)控值 單位：cm

雖然基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力等變化的絕對值是一個控制指標(biāo)，但是不同的支護(hù)形式基坑深度、土質(zhì)條件、施工階段等等，變化又有其特點，僅僅一個絕對值控制是不夠的，還應(yīng)按照《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009要求，考慮變化的相對值和變化速率，從指標(biāo)變化來進(jìn)行具體技術(shù)分析及處理。

4 監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行實例及技術(shù)處理

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)為東側(cè)采用鉆孔灌注樁加鋼筋混凝土支撐，其余區(qū)域采用復(fù)合土釘墻支護(hù)形式，在基坑監(jiān)測期間，受到近期降雨影響，坑頂水平位移及地下水位變化幅度復(fù)合土釘墻部位比鉆孔樁支護(hù)段大，反映這種支護(hù)形式在軟土地基中變形控制不利，止水效果較差，需要增加該部位的監(jiān)測頻率，必要在監(jiān)測接近報警值時進(jìn)行設(shè)計變更，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

（2）基坑支護(hù)形式為鉆孔樁加混凝土三道支撐，支撐軸力采用鋼筋應(yīng)力計，采用頻率接受儀進(jìn)行讀數(shù)，開挖過程掌握應(yīng)力變化規(guī)律為：隨著開挖，第一道支撐拆除，支撐軸力逐漸增加，當(dāng)挖至坑底時，第二道支撐軸力大于第一道，二者成交替形式出現(xiàn)，在底板澆筑完成后，墻體向坑外位移，軸力減少，拆除第三道支撐后，上部支撐軸力又開始增加。

（3）車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+三道鋼支撐支護(hù)，基坑開挖到距離基坑底部1.8 m時測斜點變化速率明顯變大16 mm/d，車站周邊房屋出現(xiàn)沉降12 mm/d，坑底立柱樁上浮達(dá)到133 mm，通過在端頭井增設(shè)三口真空井點降水，停止開挖，降低坑底承壓水頭，15 d后基坑隆起下降，恢復(fù)正常施工后，基坑變形趨于穩(wěn)定。

（4）基坑周邊建筑物沉降觀測當(dāng)沉降值達(dá)到每日位移量達(dá)到3 mm，累計位移量達(dá)到30 mm時就會達(dá)到報警值，主要原因是水土流失對周邊環(huán)境造成的影響。這個時候采取立即停止降水措施，采用井點回灌和注漿堵漏等處理措施等等，確保施工過程中周邊環(huán)境的整體安全。

5 結(jié)束語

基坑監(jiān)測涉及多個專業(yè)，掌握好深基坑施工監(jiān)測的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及主要方法，并不斷根據(jù)實際經(jīng)驗分析監(jiān)測的數(shù)據(jù)成果，實現(xiàn)信息化施工，優(yōu)化設(shè)計，就能夠保證支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全。近年來，隨著計算機(jī)水平的提高，基坑自動化監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展，目前很多地鐵監(jiān)測選擇進(jìn)行自動化連續(xù)監(jiān)測技術(shù)，與人工監(jiān)測相比，成本不會增加，還可以實現(xiàn)全過程監(jiān)測，可以保證第一時間發(fā)現(xiàn)并解決問題，并且可以實現(xiàn)監(jiān)測資料電子化管理。