基坑监测及防护探讨

摘 要：本文对基坑监测及防护进行了探讨，首先介绍了监测方法及工作原理，然后结合工程实例对基坑监测进行了详细的介绍，最后根据监测结果分析得到了基坑防护结构设计合理。希望本文对以后基坑监测提供借鉴。

关键词：基坑；监测；防护

中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）21-103-3

1 概述

目前各种形式的地下空间正得到大量开发与利用，与此同时，基坑施工存在很多问题，例如，基坑变形过大、四周土体内倾、基底隆起，甚至基坑整体倒塌破坏等，造成严重工程事故。这就要求我们对基坑的变形进行监测，并能及时地进行预警，减小工程事故发生的概率。

本文对基坑监测方法和监测项目进行研究，对基坑进行监测，将获得的数据进行分析研究和预测，做到及时预警，并根据监测数据分析基坑施工对周围环境的影响。这样会更好地保证基坑周围建筑的安全以及基坑本身支护结构稳定，对人民群众的生命财产安全有重大的意义。

2 基坑监测方法

2.1 监测方法分类

以监测方法分类，基坑稳定性监测主要有声测法、电测法、光测法三大类。

2.1.1 声测法

物体中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射。通过对应力波的接收并转化成图像，可以判断基坑的变形情况及稳定性。

2.1.2 电测法

电测法为应力测试方法中的一种，主要采用电阻应变片，测量应力前，先将电阻应变片用特殊的胶合剂黏贴在欲测的应变部位，通过电阻应变仪，就可测得相应应变。利用胡克定律或其他理论公式，就可求得应力值。

2.1.3 光测法

光测法是应用光学的基本原理，结合力学的理论，通过数学工具的推演，以实验为手段去研究结构物中的位移、应变和应力等力学量的一门学科。主要利用光杠杆原理、光波干涉原理、激光多普勒效应等测量振动量的方法，可以对基坑围护构件的位移、应变和应力进行观测。现在光弹性法、光纤传感技术和数字图像处理技术等，以光弹性法应用较为普遍。光纤传感和图像处理是近几年发展迅速的基坑监测方法。

2.2 监测参数分类

以监测参数分类，基坑稳定性监测主要包括位移监测、应力监测两类。位移（变形）监测常用的元件有多点位移计、简易伸长计、摄影经纬仪、全站仪/光电测距仪、激光扫描仪等；此外，GPS（全球定位系统）和RS（遥感）也应用于大型基坑的位移监测；光纤传感技术是新兴的应力、应变、温度无损检测先进技术。应力监测常用的元件有液压枕、压力盒、光应力计等。

2.3 监测原理简介

2.3.1 全站仪

在基坑侧向位移（变形）监测中，沿监测的基坑边缘线设置一条视准线，在该线的两端分别设置基准点，并沿基坑边缘线设置若干个监测点。测量时采用全站仪测出各监测点对此条基线的偏离值，两次偏离值之差，就是监测点垂直于视准线的水平位移值。

2.3.2 水准仪

水准仪主要用于基坑沉降监测，首次监测点和基准点的测量要选择往返观测，以后各期监测均为单程观测。所有的监测点要组成附合水准路线或闭合水准路线，在基准点上附合或闭合。水准仪可以监测以下项目：基坑围护结构的沉降、基坑坑底隆起、基坑周围地表沉降、基坑周边建（构）筑物的沉降等。

2.3.3 测斜仪

测斜仪是一种用于测量深部位移的仪器。通常在基坑周边垂直钻孔中安装测斜管，通过测斜仪对测斜管的变形进行观测。在开始监测前，以第一次获得的数据确定测斜管位移的初始断面。在以后的观测中，与初始的观测数据相比较，即可确定基坑深部地层变化情况。

2.3.4 钢筋计

钢筋计可用于获取被测量结构物内部的钢筋应力和其所处位置的温度等数据，主要适用于对水下结构物或其他含钢筋的结构物内的钢筋应力进行长期监测。加装配套附件可组成锚杆测力计、基岩应力计等测量应力的仪器。钢筋计在基坑监测中可以用于量测：基坑围护结构沿深度方向的弯矩；基坑围护支撑结构的平面弯矩、轴力等。

2.3.5 孔隙水压力计

孔隙水压力计又称为渗压计，是指被用于测量构筑物内部孔隙水压力或渗透压力的传感器。孔隙水压力计可以测量基坑周围任意位置中土体的孔隙水压力，并根据孔隙水压力消散速率控制施工速率，监测基坑施工对周围土体扰动范围及程度以及基坑开挖的降水情况。

2.3.6 土压力计

土压力计又称土压力盒，埋设于岩土体内部，当岩土体应力发生变化时，土压力计中的感应板受到压力后会产生变形，并将变形信号传递给转换器，转换成电信号或其他形式的信号。再经过电缆传输至数据显示与记录装置，即可获得被测结构物的压应力值与埋设点的温度值。可以测量基坑围护结构与土体接触面的土压力以及基坑开挖或施工时土体的应力变化。

3 基坑监测案例研究

3.1 工程概况

某工程计划开挖两层地下室。基坑呈矩形布置，周长约450m，基坑最大开挖深度为12m，基坑底部绝对标高为+25m，基坑北侧为空地，临近市政道路，地下室筏板边线距施工道路及钢筋堆场最近处约30m；南侧为前期建筑，地下室筏板边线距施工道路最近处约25m；西侧为空地，地下室筏板边线距已有Φ2000管线最近处约3.5m，管顶标高约+30m，地下室筏板边线距施工道路及钢筋堆场最近处约20m；东侧为水塘，水塘边线已延伸至进坑内部。

3.2 工程地质条件

场地表层3-10m为素填土层，各个钻孔均有揭露，褐红色，松散，稍湿，主要由人工堆填的花岗岩风化土组成。少数钻孔点揭露淤泥质土，深灰色，流塑，土质粘滑，味臭，含腐殖质及少量粉细砂，局部夹粉质粘土，层厚1-3.5m。粉质粘土分布连续，各个钻孔均有揭露，灰黄色，软塑，土质均匀，粘性一般，含少量砂粒，层厚2.5-4.2m。花岗岩，依其岩石风化程度分为全风化岩、强风化岩、中风化岩和微风化岩4个亚层。

3.3 基坑围护概况

基坑主要采用外撑加护面的加固形式，加固方法主要有以下几个：

3.3.1 锚索

采用钻机成孔，成孔直径为150mm，锚索采用3×7Φ5钢绞线，钢绞线强度标准值为1860MPa。注浆材料选用水灰比为0.5的水泥浆，注浆体强度不低于25MPa，一次注浆压力为0.8MPa；二次注浆注浆压力为2MPa二次注浆时间待一次注浆初凝后进行。

3.3.2 支撑体系

本工程的压顶梁、腰梁混凝土强度等级C30。

3.3.3 搅拌桩

搅拌桩的直径为550mm，搅拌桩中心距400×400mm，桩身强度≥0.4MPa；搅拌桩强度达设计强度后基坑方可开挖，并保证开挖时搅拌桩有不少于30天的龄期。

3.3.4 锚杆和喷锚

锚杆采用HRB335钢筋，锚杆采用钻机成孔，成孔直径为130mm；锚杆注浆体强度不低于20MPa，注浆压力为0.8MPa，注浆采用纯水泥浆，水泥标号为42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45-0.55；挂网喷射砼：钢筋网采用Φ6@200×200，加强筋采用Φ16，钢筋网采用绑扎连接，加强筋及加强筋与土钉的连接采用焊接。喷射砼强度等级为C20，喷层厚度为100mm，分两次喷射。砼面层向上翻过基坑顶1.0m，以形成护坡。

3.4 基坑监测

本基坑对支护结构顶部水平位移监测、支护结构沉降监测、土体侧向变形监测、地面沉降监测、土层孔隙水压力监测、地下管线的位移及沉降监测和岩土体受施工影响变化进行监测。

3.4.1 支护结构顶部水平位移监测

选用高精密全站仪进行监测，主要监测支护结构的水平位移情况。一般将基准点和观测点设置在基坑两端稳定的建（构）筑物上。对支护结构顶部水平位移的监测非常重要。一般每隔5m左右布设―个监测点，重要部位适当加密。基坑开挖期间，每隔2天监测一次，位移变化较大时每天监测多次。

3.4.2 支护结构沉降监测

根据施工场地情况，在基坑边线的延长线上且稳定地层处设置基准点，防止基准点高程变动造成的误差，在远离待测基坑的稳定处埋设三个水准点作为沉降观测的基准点并编号。采用相同的观测线路和观测时段，从基准点用水准仪测出各测点的高程，根据高程变化计算得出各测点的沉降。

3.4.3 支护结构受力监测

用钢筋应力计对混凝土搅拌桩桩身中较大应力断面处进行应力监测，并用锚索预应力计对锚索应力进行监测，从而预防围护结构的结构性被破坏。监测围护桩弯矩的监测点应尽量布置在基坑四周的中心处，深度方向监测点之间的间距一般宜为1.0-2.0m。支撑结构轴力与锚索上的张拉力的监测点应设置在其中间部位，每层都应选择几个具有代表性的截面进行监测。监测重要支撑构件的轴力时，还应监测其在支点处的弯矩，以及中部和两端的位移及沉降。

3.4.4 土体侧向变形监测

土体侧向变形监测是非常重要的一项监测，可以反映桩侧向土压力的大小，几乎都要求进行监测。可在基坑施工的不同阶段，用电阻应变式或钢弦式压力盒监测桩身受到的土压力分布状态。监测点的间距为0.5m；监测频率一般1次/2天。

3.4.5 建（构）筑物沉降、倾斜监测

基坑周围环境监测的范围应包含基坑开挖深度3倍以内的建（构）筑物等。建（构）筑物沉降量监测点一般布置在具代表性的柱身、墙角处或门边框等特别部位，监测点间距一般选择15-20m，建（构）筑物的沉降、倾斜都不应大于变形限值（沉降为8mm，倾斜度为4/1000）。选取的监测点既要充分反映建（构）筑物各个部分的不均匀沉降，又要方便监测。监测频率一般为1次/3天。

3.4.6 地面沉降监测

沉降板采用底盘为150mm×150mm、厚3mm的钢板，焊接直立钢筋条，通过混凝土浇筑埋设于坡顶处。通过全站仪、水准仪进行监测，监测点间隔15～20 mm为宜，沉降量不大于变形限值（基坑深度的0.10%），监测频率一般1次/3天为宜。

3.4.7 土层孔隙水压力监测

土层孔隙水压力监测一般采用电测式测压计、振弦式孔隙压力计和数字式钢弦频率接收仪进行监测。

3.4.8 地下水位动态监测

在基坑施工过程中地下水位的变化将直接影响地基的稳定性，从而影响围护结构的稳定，因此我们得对地下水位动态进行监测。用电测水位仪测出水位管内的水位，在水位管埋设两周后，各孔水位高程的初始值取前两次测定计算的平均值。主要获得地下水位的累计变化曲线，在基坑施工过程中水位管应采取有效的保护措施，防止管孔堵塞、基坑管涌、渗漏等。

3.4.9 基底隆起监测

在基坑开挖过程中，由于开挖卸荷导致地基以下土层反弹与隆起。其次，可能是由于基坑支护结构位移变形过大引起的地面隆起，因此，利用全站仪与水准仪对基底进行监测是必然的。基坑开挖过程中基底隆起与沉降直接观察难度较大，可以通过观测基坑内部立柱隆起与沉降，间接反映基底隆起与沉降。

3.4.10 肉眼巡视与裂缝观测

通过实践表明，经验丰富的工程技术员每天对基坑施工场地进行肉眼巡视的工作具有重要意义。肉眼巡视的主要监测任务是对桩身、基坑附近地表的裂缝、四周建（构）筑物、地面沉降及塌陷、局部管涌等不利于基坑安全的情况进行记录和分析。肉眼巡视可以用仪器测量裂缝宽度以及其他有效方法手段。

3.5 监测结果分析

基坑开挖前，通过静载荷试验测试了混凝土搅拌桩的单轴抗压强度，保证其符合设计要求；在整个的基坑开挖过程中，根据获得的监测数据绘制各沉降监测点的累计变化曲线。从监测结构得到，随着基坑第一级开挖，地面开始发生沉降，待开挖完成后，地面沉降慢慢趋于停止状态；但随着基坑第二级开挖，地面发生比较大的沉降，开挖完毕后又趋于稳定。说明基坑的支护结构设计较为合理，可以保证基坑的稳定。

在整个变形过程中，通过对监测数据分析得到土体水平位移累计变化情况，了解了土体水平位移变化趋势，在第一级基坑开挖后，土体水平位移达到有监测以来最大，短暂趋于稳定。随基坑第二级继续开挖，土移更加明显，待基坑全部开完完毕后，水平位移较稳定。

根据基坑施工的巡视记录，部分支护结构出现细微裂缝，降雨情况下，雨水渗漏对支护结构产生一定影响，导致其土体水平位移变化较大。

从以上数据分析结果可以看出，基坑支护结构整体性及稳定性较好，满足设计与施工的要求，土体的位移变形、地面沉降等都在可控变化范围内，符合规范要求。

4 结束语

在基坑开挖过程中，基坑监测是一项重要的内容，并且得到越来越多的重视，本文对基坑监测方法进行了综述，并且结合工程实例对基坑监测方法进行了详细的论述，在获得大量监测数据后，要对数据进行整理和检验，将精度不够或错误的数据去除，从而真实反映基坑的实际状态。通过监测结果可以反映出基坑支护结构合理，并且为基坑施工提供了指导建议。

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