市區基坑開挖對周邊環境影響及監測分析

黃承華

（上海遠淙工程技術有限公司，上海）

引言

基坑工程屬于臨時性工程，不僅可以加固原位土體，還能為后續作業提供空間。但是，基坑開挖一旦出現問題極易引起不良環境效應，從而致使周圍土體位移場、應力場出現大幅度偏轉狀況，嚴重威脅建筑物及地下管線的安全性。對此，市區基坑開挖施工期間，應全面了解周邊環境監測內容以及報警指標、監測技術要求等，系統監測基坑周圍建筑物及地下管線變形、沉降情況，并提出科學的解決措施，以降低基坑開挖施工對周圍環境造成的影響。

1 工程概況

1.1 工程介紹

工程擬建場地位于上海市靜安區，西鄰平型關路、南側粵繡小區、北鄰上海大寧社區、東側為老舊6層小區及上海花木公司1 層食堂，用地面積為5 818 m2左右，包括一棟多層醫療設施建筑（六層）以及二層地下室。項目要求做好地下二層基坑開挖施工，基坑深度為10.70/11.20 m、周長為311 m、開挖面積為3 812.7 m2、環境保護等級為二級、安全等級為二級。擬開挖基坑為鉆孔灌注樁圍護結構，采用三軸攪拌樁止水，共有兩道混凝土支撐體系。另外，房屋評估報告顯示，基坑東側老舊小區（天然地基建筑）及食堂（磚混結構建筑）極易受基坑開挖施工影響，必須做好基坑及周圍環境監測工作，便于及時發現建筑物傾斜、變形以及管線沉降等問題，避免影響周圍環境。

1.2 周邊環境狀況

擬建場地東側鄰近民用建筑、小區便道，北側鄰近辦公樓（2 層），西側為現有道路，南側為小區入口便道，周邊環境條件較復雜，具體如下：

東側：場地東側鄰近民房（按天然地基考慮），地庫基坑邊線距民房約7.88 m，該側基坑邊線距用地紅線（道路邊線）最近約4.23 m。南側：場地南側為小區入口便道，地庫基坑邊線距該側紅線（道路邊線）最近約6.57 m，距離管線最近約14.12 m。西側：場地西側為現有道路（平型關路），地庫基坑邊線距該側紅線（道路邊線）最近約3.59 m。紅線外有燃氣、上水、電信、電力等管線。北側：場地北側鄰近辦公樓（2 層，按天然地基考慮），地庫基坑邊線距該建筑最近約6.20 m，地庫基坑邊線距用地紅線最近約3.78 m。

根據現場踏勘及相關資料，場地內及周邊管線分布比較復雜，具體如下：

場地西側為現有道路（平型關路），紅線外有燃氣、上水、電信、電力等管線。距離紅線最近約3.5 m左右。

2 周邊環境監測內容及技術要求

2.1 周邊環境監測內容及報警指標

本項目周邊環境監測工作本身具有工作量大、范圍廣的特點，要求做好基坑周邊的市政管線、地表以及建筑物的監測工作[1]。另外，工程根據監測工作要求及基坑施工現場狀況擬定報警指標，按照三級警戒制度管理報警指標，報警值為控制值的80%、預警值為控制值的70%（具體監測報警值如表1 所示）。

表1 監測內容及報警值

2.2 監測技術要求

2.2.1 基準網觀測技術要求

基準網即監測中設立的基準點組成的網，基準點的埋設水平直接關系到基準點觀測結果的準確性。對此，開展周圍環境監測時，應結合工程類型、監測周期、監測網精準度選擇最佳的基準點埋設方法，以提升監測結果的精準度。除此之外，垂直位移監測基準網應以相鄰點高差中的誤差為相關技術指標的依據[2]。

2.2.2 沉降監測點觀測技術要求

本項目建筑物沉降觀測精度應達到二級要求，所有監測點布置均應滿足經濟合理性要求，最大程度上提高監測預警系統（四維空間）的完整性，從而獲得更準確的監測數據[3]。

3 監測點的布設與施測

3.1 高程控制網的布設與施測

本項目高程控制網采用獨立水準系統，按照國家Ⅱ等水準測量規范開展水準高程控制點的高程測量工作，高程測量誤差≤±0.3 mm，具體要求如表2 所示。布設高程控制網時，應按照整體布置，始終秉承著分級控制原則，應用精密水準儀，以提升高程監測數據的精準度。進行高程控制網觀測期間，項目運用閉合路線法（附合水準路線法），每1～2 個月復測一次控制網中各控制點高程的穩定性。當受控高程監測點變形數據出現異常變化時，也需要復核各控制點的高程，當高程變形量大于2 倍監測點測站高差中的誤差時，需要修正控制點的高程值。普通監測點高程在控制網的控制下采用閉合路線或附合路線的形式進行觀測。其閉合差要求≤0.6√N（N- 測站數），測點中誤差一般也應≤±1.0 mm。

表2 水準測量高程控制網技術要求

3.2 建筑物垂直位移監測

建筑物只布設垂直位移監測點，監測點應優先布設在基礎類型、埋深和荷載有明顯不同處及沉降縫、伸縮縫、新老建（構）筑物連接處的兩側；建筑物的角點、有代表性的中點，應布設監測點；沿其周邊布點間距宜為6～20 m；對于圓形、多邊形建（構）筑物監測點宜沿縱橫軸對稱布設。

豎向位移測量采用精密水準儀，水準線路按國家二等水準要求觀測。以附合或閉合路線在水準路線上聯測各監測點，以水準基準點為基準，測算出各監測點標高。同一測點相鄰兩次標高差即為本次該測點豎向位移量，第一次豎向位移量累加至當次本次豎向位移量即為該測點累計豎向位移量。計算公式如下：

式中：dhi- 本次豎向量；hi- 本次標高；hi-1- 上次標高；Dh- 本次累計豎向量

3.3 施工區域周邊地下管線位移監測

為準確監測施工區域周邊地下管線沉降情況，本項目直接穿透路面結構硬殼層埋設沉降點，直接將監測點布設在深層位置，運用Φ25 mm 螺紋鋼標桿為沉降標桿，直接深入到原狀土內（30 cm 以上），如圖1所示。另外，沉降標桿外側應始終10 cm 以上內徑金屬套管保護，并使用黃砂回填標桿間隙，在套管頂部安裝管蓋，保證其與地面處于齊平狀態，以提升監測數據信息的精準度。

圖1 沉降標桿埋設方法

地下管線監測點的間距一般宜為15～25 m。在監測警戒范圍內如有多條多種管線時，應依據所在空間位置、年份、類型、材質、管徑等情況，優先在那些需要重點保護的并有足夠代表性的管線上布設監測點。對于需要重點保護煤氣等剛性管線，在條件允許時，應盡可能利用窨井、閥門、抽氣孔、積水井、檢查井等管線設備埋設直接觀測點或模擬直接點，對于一般電信等柔性管線有可能時也盡量利用修理井或自行埋設深層標布設模擬直接點，只有在條件不允許時，才允許采用埋設于管線上方地表的間接監測點。擬在周邊燃氣管線、電力管線、上水管線、電信管線上布設垂直位移監測點，觀測時可以用水準儀對準標桿參考點來測量其高程變化，即是管線的豎向位移。

3.4 地表垂直位移監測

在基坑每邊布設地面垂直位移監測斷面，每一監測斷面在垂直基坑方向35 m 的（大于3 倍基坑開挖深度）范圍內每隔4 m、5 m、7 m、9 m、10 m 布設1 個沉降測點。垂直位移測點以光滑的凸球面的鋼制測釘或鋼筋打入。

測量采用國家二等水準精度等級的電子全站儀，建立起水準路線上的各個監測控制點的聯系，使其形成附合支路或閉合環線路，以水準控制點為基準，對各個監測控制點位相對于水準點的標高進行測量。同一測點相鄰兩次標高差即為本次該測點沉降量，將每次監測得到的沉降值結果累加后，再與初次沉降觀測結果做和值處理，其輸出結果就是該監測控制點位的累積沉降量。

4 監測數據分析及建議

4.1 建筑變形情況分析

本次重點監測建筑變形情況，按照要求開展建筑各類應力應變監測標埋設、初始值設定及測定工作。各區基礎施工期間，本項目依據標準監測開挖深度2.5 倍影響范圍內的監測點，并視各項應變參數線性變化情況確定監測工作頻率。從圖2 可以看出，隨著施工的推進，周邊建筑物沉降明顯，但累計值均未達到報警值，在基坑施工期間由于土體的側向位移導致地表沉降較為明顯，底板澆筑后周邊建筑物沉降相對穩定。

圖2 周邊建筑物沉降監測變化曲線（部分）

4.2 地表及主要管線沉降結果分析

本項目嚴格按照要求保護周邊管線，并按照要求制定了多種監測方案，全方位監測基坑周圍地表及主要管線沉降情況。

如圖3 所示，隨著施工的推進，周邊地表沉降明顯，但累計值均未達到報警值，在基坑施工期間由于土體的側向位移導致地表沉降較為明顯，底板澆筑后周邊地表沉降相對穩定。

圖3 地表沉降監測變化曲線（部分）

從圖4 可以看出，隨著施工的推進，周邊管線沉降明顯，但累計值均未達到報警值，在基坑施工期間由于土體的側向位移導致管線沉降較為明顯，底板澆筑后管線點沉降相對穩定。

圖4 周邊管線沉降監測變化曲線

4.3 施工建議

針對建筑物、地表及主要管線監測數據，本項目提出了以下施工建議：建議一，根據基坑施工情況及裂縫現狀，制定科學的加固措施，以避免后續基坑開挖施工期間房屋出現變形、坍塌問題；建議二，放慢樁基施工速度，將預制管樁施工工藝改為鉆孔灌注樁施工工藝，以減少樁基施工對建筑物造成的影響，避免裂縫進一步擴大[4]。

5 結論

本次靜安區中醫醫院平型關路院區工程現已順利完成，不僅降低了基坑開挖施工對周圍環境造成的影響，還保障了基坑開挖施工質量。監測市區基坑開挖對周邊環境影響期間，項目嚴格按照要求完成了水平位移監測控制網布設與施測、施工區域周邊地下管線位移及沉降監測等工作，準確掌握了建筑變形情況及地表、主要管線沉降狀況，為后續樁基礎施工提供了依據。本文就市區基坑開挖對周邊環境影響及監測工作開展了深入探討，總結了大量監測工作經驗，希望可以為類似工程施工提供借鑒。