基于高程基準網控制點的軟塑地層深基坑監測技術

0 引言

在復雜地質條件特別是軟塑地層中進行深基坑開挖作業，往往面臨諸多技術挑戰。軟塑地層通常是指土壤中具有較高塑性的淤泥質土、粘性土等沉積物土層，這類土層在受力作用下容易發生較大變形。掌握軟塑地層深基坑的變形特征，對確保施工安全和工程質量至關重要。李飛[1]根據深基坑的等級、施工條件和支護結構情況，對某個深基坑樁體沉降、位移和受力情況進行了現場監測與分析。宋九平等[2]對杭州某個復雜環境下的深基坑進行支護設計，并對其地表沉降、地下水位等進行了監測與評價。邵祥順[3以某個深基坑工程為例，指出其工程施工可能遇到的主要問題，并提出了相應的安全管理措施。鐘春霞[4通過分析某高層建筑深基坑的變形特征，提出圍護結構與土體相互作用產生的受力與變形主要發生在深基坑的開挖階段。

由以上研究可知，深基坑監測是整個工程施工的重要內容之一。本文以某高教園區地鐵車站深基坑工程為例，采用高程基準網控制點監測方法對該深基坑進行監測，以期為相似工程深基坑監測提供借鑒。

1工程概況

某高教園區地鐵車站深基坑工程采用明挖順做法、局部蓋挖法施工。車站建筑物由車站主體、出入口及通道、風道及風亭三部分組成。根據鉆孔勘探和室內試驗結果，將場地勘探深度以內分為5個工程地質層，部分地質層又劃分為亞層、次亞層。

2高程基準網控制點監測技術

2.1控制點組成和設置

2.1.1 控制點組成

高程基準網控制點由基準點和工作基點組成，基準點選取各工點就近的深樁水準點。根據現場情況，在不受地鐵施工影響的區域設置一定數量的高程工作基點。工作基點選擇深埋鋼管水準工作基點，確保點位穩定，并便于觀測。采用原始工點（基準點）配合工作基點組成。工作基點設置如表1所示。

2.1.2控制點設置

深基坑工程水平位移基準點引用臨近的地鐵精密導線點或是GPS點。根據深基坑工程現場需要，布設若干個工作基點，采用固定觀測墩的方式埋設于相對穩定、易于保存、便于通視、遠離施工影響的區域。

2.2 監測與觀測

2.2.1建筑物沉降變形監測

深基坑周邊建筑物沉降變形監測采用工作基點之間聯測一條水準閉合線路進行，通過線路工作基點測量各個監測點的位置高程，測量三次取平均值。本次測量高程減去前次高程為本次沉降量，本次高程減去初始高程為累計沉降量。

2.2.2圍護墻體位移量監測

采用測斜管對深基坑圍護墻體進行深層水平位移量監測，其位移量計算公式如下：

ΔX_i=X_i-X_io

式中： X_i 為 i 深度的本次位移量（mm）； L 為探頭的長度（mm）； j 為傾角； C 為探頭的標定系數，1.0m點距的情況下 C 為0.02； A_j 為儀器在 0^° 方向的讀數； B_j 為儀器在 180^° 方向的讀數； ΔX_i 為 i 深度的累計位移量（精確至 ； X_io 為 i 深度的初始位移量（mm）。

2.2.3坑外潛水位觀測

深基坑外側潛水水位的初始值在開工前2＼～3d測定，在晴天連續觀測其水位。若遇雨天，在雨天后1＼～2d測定初始值，以減小外界因素的影響。水位的初始觀測應連續測量3次，取其穩定的平均值作為初始值。歷次水位觀測時，使用鋼尺水位儀測量水位管口內的水位深度。測量時，在探頭剛接觸水面時慢慢將探頭拉出水面讀數一次；在探頭剛離開水面時再讀數一次，取兩次平均值作為水面深度。

3深基坑監測結果與分析

3.1深基坑周邊建筑物豎向位移

3.1.1 監測結果

深基坑周邊建筑物為某河坎擋墻及某橋梁，其中河坎擋墻分布位于深基坑東側，最近距離約為 28m ；橋梁位于深基坑中部東側，最近距離約為 35m 。河坎擋墻豎向歷時位移如圖1所示，橋梁豎向歷時位移如圖2所示。

圖1和圖2中，包含了各測點在深基坑圍護施工、土方開挖以及主體結構施工過程中，建筑物豎向位移全過程監測數值。其中JGC1系列測點設置在河坎擋墻上，JGC2系列測點設置在橋梁上。

3.1.2河坎擋墻豎向歷時位移分析

由圖1可知，在圍護施工過程中，各測點變化幅度相對較小，測點最大正向位移為5mm（JGC1-10測點），最大負向位移為5.6mm（JGC1-11測點）。隨著土方開挖的進行，各測點的豎向位移的波動性逐漸增大。在土方開挖前期豎向位移增幅較小，隨著土方開挖量的增加，測點豎向位移波動增大，測點最大正向位移為9.1mm（JGC1-10測點），最大負向位移為 13.2mm （JGC1-11測點），可見土方開挖對河坎擋墻的影響較大。

隨著主體結構繼續施工到完工，各測點豎向位移呈波動性的先增加后減小至穩定的過程。其中，正向位移最大由 12.3mm 減小為 9.7mm （JGC1-5測點），負向位移最大由 10.8mm 減小為 9.9mm （JGC1-10測點）。從以上全過程的監測可以看出，土方施工對河坎擋墻的影響是較大的，尤其到土方開挖后期，隨著建筑主體的完工，河坎擋墻豎向位移逐漸減小，但相較于施工前依然有10mm左右的位移量。

3.1.3橋梁豎向歷時位移分析

由圖2可知，橋梁在圍護工程施工和土方開挖過程中的豎向位移較小，在圍護施工全過程和土方開挖前期，橋梁最大正向位移為 2.4mm （JGC2-4測點），最大負向位移為5.8mm（JGC2-2測點）。在土方開挖中、后期，橋梁豎向位移出現增大的趨勢，最大正向位移為5.1mm（JGC2-4測點），最大負向位移為12.8mm（JGC2-2測點）。隨著主體結構繼續施工到結束，橋梁仍有6mm左右的正負向豎向位移，但是施工對橋梁的影響明顯小于對河坎擋墻的影響。

3.1.4建筑物豎向位移綜合分析

綜合分析認為，深基坑的圍護、開挖、結構工程施工對河坎擋墻及橋梁沉降影響不明顯，其原因主要是距離深基坑較遠。但是在建筑物主體結構工程施工過程中，發生了不均勻沉降。初步分析其原因是由于建筑物后期附屬結構施工需要進行交通導改，需要對該區域進行圍堰回填及橋面修復施工，因此導致建筑物發生不均勻沉降。

3.2深基坑外側水位變化

3.2.1坑外水位變化情況

深基坑周邊共設置水位孔12個，沿深基坑四周等間距設置，潛水水位孔的深度約為 13m. 。深基坑外側潛水位歷時變化如圖3所示。

3.2.2坑外水位變化原因分析

由圖3可知，坑外潛水水位表現為不規則曲線起伏變化，形成上下起伏波。深基坑開挖到設計標高、墊層及底板澆筑完成后，水位變化比較穩定。坑外正潛水位最大值為 490mm ，負潛水位最大值為 -590mm 。在土方開挖中后期，潛水位監測過程中遇到降雨，淤泥質土處于吸水和蒸干過程，使測得的坑外潛水位波動較大，但總體區間仍然在 -600～+500mm 之間。隨著深基坑內主體結構的施工，及支撐拆除期間，坑外潛水水位變化較平緩部位發生突變時，均有雨水進入、滲透較慢等因素影響。

3.3圍護墻體豎向位移

3.3.1深基坑東側圍護墻體豎向位移

深基坑東側圍護墻體頂部豎向位移如圖4所示。由圖4可知，深基坑東側圍護墻體頂部豎向位移在土方開挖和主體結構施工過程中，呈先增加后減小的趨勢。在土方開挖前期，東側圍護墻頂豎向位移較小，正向位移最大值為 4.8mm （ZQC12測點），負向位移最大值為-1.7mm （ZQC10測點）。

隨著土方施工進入中后期，東側圍護豎向位移逐漸增加，正向位移最大值為9.9mm（ZQC10測點），負向位移最大值為 -5.3mm （ZQC04測點）。進入主體結構施工階段，東側圍護墻頂豎向位移逐漸回縮，累計的正向位移最大值為 5.6mm （ZQC10測點），負向位移最大值為-5.0mm （ZQC04測點）。

3.3.2深基坑西側圍護墻體豎向位移

西側部分墻頂沉降點歷時沉降曲線如圖5所示。由圖5可知，相比于東側圍護墻頂向正負兩向位移，西側圍護墻頂在土方開挖和主體結構施工過程中，向正向位移多一些。隨著土方開挖的進行，西側墻頂豎向位移逐漸向正向增加，正向位移最大值達到 10.8mm （ZQC17測點），正向位移最小值為 2.0mm （ZQC22測點）。進入到主體結構施工階段，西側圍護墻頂位移回縮，并出現負向位移，累計的正向位移最大值為 7.2mm （ZQC22測點）、負向位移最大值為 -3.1mm （ZQC24測點）。

3.3.3圍護墻體豎向位移綜合分析

綜上所述，隨著深基坑土方的相繼開挖，大面積土方卸載，坑底土體應力釋放，淤泥質土層在自穩過程中帶動墻體輕微抬升。在深基坑內各道支撐形成后，對下層土體進行疏干降水引起坑底土體固結的疊加影響，致使圍護頂圈梁測點豎向位移表現出較為明顯的短期波浪式起伏的變化過程。

總體來看，墻頂逐漸輕微下沉，表明淤泥質軟土的應力釋放回彈抬升量小于降水、開挖擾動、土體自穩過程等因素引起的墻體下沉量。深基坑土方開挖結束至大部分底板澆筑完成，受底板與上部結構大方量混凝土的整體壓重影響，坑底土方產生較大的荷載增量，對坑內土體回彈產生了一定的抵消作用，造成圍護墻體頂部測點沉降基本趨于穩定。總之，深基坑圍護墻體頂部豎向位移量較小。

4結束語

通過對深基坑周圍建筑物豎向位移監測發現，深基坑施工對河坎擋墻的影響大于橋梁，但是對這兩個主要建筑物的影響均在可控的安全范圍之內。通過對圍護墻體的豎向和水平位移監測可知，淤泥質軟土的應力釋放回彈抬升量小于降水、開挖擾動、土體自穩過程等因素引起的墻體下沉量，深基坑圍護墻體頂部豎向位移量較小。通過對坑外潛水位監測得知，潛水位在整個施工階段沒有出現明顯的整體變化，只是土方開挖過程趕上雨季，使坑外潛水位受降雨和土壤吸水蒸發的影響出現波動變化。

參考文獻

[1]李飛.福州地區某深基坑工程變形監測及分析[J].建筑與預算，2023（12）：43-45.

[2]宋九平，徐青楊.復雜環境下深基坑支護設計與施工監測評價[J].建筑結構，2023，53（S2）：2585-2588.

[3]邵祥順.高層房屋建筑深基坑工程施工安全管理研究[J].工程技術研究，2024，9（4）：152-154.

[4]鐘春霞.高層建筑深基坑開挖監測與變形特性分析[J].建筑結構，2023，53（S2）：2594-2597.