深基坑施工中基坑監測技術的應用

許俊杰

（福建省地質測繪院，福建 福州 350011）

隨著建設進程的深化和對地下空間的需求增加，新建項目都涉及地下空間的開發利用。為了充分利用建筑用地，深基坑逐漸增多，施工作業場地相對緊湊，對于復雜的地質環境和周邊已有建筑的情況，基坑施工的安全穩定需要被重點關注，對深基坑作業的要求也越來越高[1]。為了順利完成深基坑施工作業，一方面應該合理選擇開挖方式和支護體系，另一方面需要通過監測技術實時掌控基坑變形情況，通過監測數據的分析，預測基坑施工的穩定性傾向，在出現失穩隱患或安全隱患時做出預警[2]。本文以福州市某電力公司運營大樓為例，對深基坑施工作業進行分析研究，討論在施工場地受限的情況下，符合項目實際情況的作業方式，然后確定深基坑監測方案，以保證施工過程中的穩定性和安全性。

1 項目概況

福州市某電力公司運營大樓，位于福州市區西北部，總用地面積14 348 m2，容積率2.50，其中地下建筑面積為10 350 m2，建筑總高度為67.5 m，建筑東西軸線長度為68 m，南北軸線長度為78 m。工程所在地為侵蝕崗坡地貌，基坑整體開挖深度為7.2 m，屬于深基坑施工。待施工基坑周邊存在5 棟已有建筑，且基坑的東北角有一棟3 層磚混式樓房，距離基坑邊線最近直線距離僅為9 m，基坑施工過程中，需要重點關注該建筑的沉降。經勘察分析，施工場地的土質層次結構見表1。

表1 施工場地的土質層次結構

2 深基坑支護分析

2.1 盆式挖土作業

由于該電力公司運營大樓位于市區，周邊已有部分建筑，施工場地較為緊張，基坑不能采用常見的放坡開挖施工方式。盆式挖土作業先挖掘基坑中間部分的土方，四周預留反壓力土坡，其作用與放坡開挖方式的邊坡類似，可以實現內支撐[3]。中間部分的土方挖掘完成后，先進行底板施工，待底板完成后再開挖周邊土坡。

2.2 預應力支護

隨著基坑持續開挖，四周的水土壓力會持續增大，僅依靠四周預留反壓力土坡難以實現基坑邊坡穩定，為此必須加以支撐[4]。工程采用預應力支護體系，該支護體系耐久性良好，經濟性良好，施工方便，施工速度較快，主體型材可以回收循環利用，具有良好的環保性能。

3 深基坑監測技術應用

3.1 監測方案

深基坑施工是一項綜合性的工程，監測技術的應用主要是為了保障施工過程中的穩定性和安全性[5]。由于電力公司運營大樓周邊已存在5 棟建筑，且基坑的東北角近距離已有建筑，其中一棟3 層磚混式樓房距離基坑邊線最近直線距離僅為9 m，需要對基坑施工進行全程監測。深基坑監測內容主要包括對基坑周邊環境的監測和對支護結構的監測。

3.1.1 對基坑周邊環境的監測

對基坑周邊環境的監測主要針對周圍建筑物的豎直沉降量。考慮最不利情況，應選擇距離基坑最近的點或者建筑物的角點[6]。為此，將A1～A4 監測點設置在基坑四邊中點對應的建筑物處，將A5、A6 監測點設置在基坑東北角兩處建筑物的角點處，這兩處距離基坑邊線最近，分別為11 m 和9 m，屬于需要重點監測的位置。基坑開挖施工前期，每天監測一次，至支護完成后，每兩天監測一次。

3.1.2 對支護結構的監測

深基坑的支護結構是鋼板樁，應對支護結構變形進行監測，主要內容是支護結構的水平位移和鋼支撐結構的軸力[7-8]。監測點設在受力最大的部位，共設置8 處監測點，其中B1～B3、B4～B6 分別均布于基坑的兩個長邊，B7、B8 則設置在基坑的兩個短邊的中點位置，同時在上述4 個基坑邊沿的中點位置設置立柱的豎向位移監測點C1～C4。鋼支撐結構軸力監測點設置在基坑4 個邊線的中點，且位于最上層支撐處，分別編號D1～D4。自支護結構完成后開始監測，每天監測一次。監測點的布置見圖1。

圖1 監測點布置圖

基坑監測的控制標準見表2。

表2 基坑監測控制標準

3.2 周邊建筑物沉降監測

根據上述基坑監測方案，自5 月10 日基坑開始施工之日起對周邊建筑物的沉降量進行監測，將連續30 次的監測記錄繪制成沉降量累積曲線，見圖2。

圖2 周邊建筑物豎向沉降量累積曲線

周邊建筑的累積沉降量最大值為2.9 mm，發生在A6 監測點，即基坑東北角處建筑物，距離基坑邊線最近處為9 m。通過沉降量累積曲線可以看出，該監測點的沉降較為迅速，施工8 d 后，即達到最大沉降量，然后一直穩定在2.9 mm。其原因可能是該建筑角點的局部地質較為特殊，建成后一直未沉降完全，受此次基坑開挖施工影響，出現較大幅度的沉降。但該值未超出沉降控制標準值10 mm，也未達到預警值6 mm，整體而言，安全可控，基坑開挖非常穩定。同樣在基坑東北角，距離基坑邊線為11 m 的A5 監測點，沉降量最大為2.2 mm，反映出距離基坑越遠，沉降量越小的規律。而且該監測點處沉降較為緩慢，直到20 次監測后才保持穩定，也說明此局部區域的地質可能較為特殊。A1、A2 監測點處的數據顯示基坑的西側和南側，沉降量非常小，累積數值穩定在0.5 mm 左右，也反映出基坑的西側、南側地質結構較為穩定。A3、A4兩處監測點的沉降情況基本相同，沉降量最大值為2.3 mm，均小于預警值，也小于控制標準。

3.3 支護結構水平位移監測

根據上述基坑監測方案，自5 月20 日開始對基坑支護結構的水平位移進行監測，將連續30 次的監測記錄繪制成水平位移累積曲線，見圖3。

圖3 支護結構水平位移累積曲線

通過對監測數據進行統計分析可知，支護結構的最大水平位移發生在B2 監測點，最大值為9.1 mm；其次為B5 監測點，最終穩定值為8.2 mm。二者分別發生在基坑兩個長邊的中點處。而兩個短邊中點處，水平位移量相對較小，但是變化緩慢，趨于穩定的時間較長。對于基坑的連續邊線，中點位置處變形量最大，圍護結構受力較大，需要加強支護，保證基坑穩定。水平位移的最大值小于預警值18 mm，也小于控制標準，基坑在施工期間，支護結構處于穩定的狀態，可保證施工安全。

3.4 支護結構豎向位移監測

同支護結構的水平位移監測一致，自5 月20日開始對基坑支護結構的立柱的豎向位移進行監測，將連續30 次的監測記錄繪制成位移累積曲線，見圖4。

圖4 支護結構立柱的豎向位移累積曲線

由圖4 可知，支護結構的立柱最大豎向位移最大值為4.4 mm，其他3 處監測點的最終穩定值較小。支柱豎向位移的最大值小于預警值6 mm，小于控制標準值10 mm，同樣表明，在施工期間支護結構處于穩定狀態。

3.5 鋼支撐結構軸力監測

基坑四周的土壓力最終由鋼支撐結構來承擔，若支撐構件的軸力超過允許值，會導致支撐體系失穩，甚至引發事故，因此，對鋼支撐結構的軸力監測至關重要。將軸力監測數據繪制成曲線，見圖5。

由圖5 可知，鋼支撐結構的軸力隨著監測次數的變化而變化，在支撐結構安裝完成后，有一個大致相等的初始軸力，隨后軸力不斷增大，最終趨于穩定。鋼支撐結構的最大軸力為1 455 kN，遠小于預警值9 000 kN 和控制標準值15 000 kN。因此，鋼支撐結構體系是安全穩定的。

4 結論

結合福州市某電力公司運營大樓的施工項目，對深基坑施工中的基坑監測技術進行分析研究，得出如下結論。

1） 監測技術可以保障深基坑施工過程中的穩定性和安全性，監測內容應包括對基坑周邊建筑的沉降監測和對支護結構的監測。

2） 監測數據表明基坑周邊建筑的累積沉降量最大值為2.9 mm，小于控制標準和預警值，基坑施工作業安全穩定，整體可控，對周邊建筑的影響較小。

3） 支護結構水平位移和豎向位移，最大值分別為9.1 mm 和4.4 mm，均小于預警值和控制標準，施工期間支護結構處于穩定的狀態；鋼支撐結構軸力最大值為1 455 kN，遠小于安全閾值，鋼支撐結構體系安全穩定。