浅谈基坑监测技术的发展和应用

摘要：

结合在基坑开挖施工过程中，对基坑及周围环境的变形情况进行跟踪监测，所取得的数据能可靠地反映开挖及施工所造成的影响。在基坑开挖和施工中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工技术和外界其它因素的复杂影响，实际情况与理论上常常有出入，在软土地区体现尤为明显。在理论分析指导下有计划地进行现场监测工作，对于保证安全、减少不必要的损失是很重要的。

关键词：基坑 监测 软土

中图分类号：TV551 文献标识码： A

Abstract：

In the excavation of foundation pit construction process， and the deformation of surrounding environment of tracking and monitoring， the data can be reliably reflect the influence caused by excavation and construction. In the excavation and construction， due to the complex geological conditions， loading conditions， material properties， construction technology and other outside factors， the actual situation and the theory are often discrepancies. In the theoretical analysis have planned to carry out on-site monitoring work under the guidance， is very important to ensure safety， reduce unnecessary losses.

Keywords：foundation monitoring，soft soil

1.基坑监测的必要性

随着我国建筑行业的迅猛发展以及城市空间的限制，地下空间的探索与开发愈发重要，施工难度的增加、地质条件的复杂对基坑安全带来隐患。基坑内外土体应力状态的改变从而引起支护结构承受的荷载发生变化，并导致支护结构和土体的变形，支护结构内力的变形以及土体变形中的任一量值超过容许的范围，将造成基坑的失稳破坏或对周围环境造成不利影响。在建筑物密集区域的深基坑开挖工程，施工场地周围有建筑物、道理和预埋的地下管网，基坑开挖引起的土体变形将在一定程度上改变周边环境的工作状态，土体变形过大将造成周边结构的失效或破坏。由于基坑工程中土体和结构的受力性质及地质条件复杂，在基坑支护结构设计和变形预估时，通常对地层条件和支护结构进行一定的简化和假定，与工程实际存在一定的差异，同时由于基坑支护体系所承受的土压力等荷载存在着较大的不确定性，加之基坑开挖与支护结构施工过程中基坑工作性状存在的时空效应，以及气象、地面堆载和施工等偶然因素的影响，使得在基坑工程设计时，对结构内力计算以及机构和土体变形的预估与工程之间存在较大差异，基坑工程设计在相当程度上扔依靠经验。因此基坑施工过程中，在理论知识的基础上，对基坑支护体系和周边环境的监测是十分必要的，通过监测对基坑工程安全有实时的了解，及早发现工程隐患，并能在出现异常情况时，及时调整设计和施工方案，并为采取必要的工程应急措施提供依据，确保工程施工的安全进行。

2.应用实例

2.1工程概况

该工程位于天津市河东区，东邻七纬路，南靠十经路，西侧为六纬路，北邻九经路。总建筑面积129887O，其中地下3层，基坑面积13348O，周长520m，基坑开挖深度14.4～15.9m。基坑降水采用坑内大口井降水，基坑安全等级为一级。

围护结构采用钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水帷幕，在不同围护位置采用不同桩长和桩径。围护桩桩径Φ900、Φ1000、Φ1100，桩长23.05m、24.35m、25.55m。止水帷幕采用Φ850@600三轴水泥土搅拌桩。基础桩采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。基坑支护采用钢筋混凝土结构内支撑。设置环撑两道局部加设一道对撑/角撑，支撑中心线标高分别为-3.95m，-8.1m，-12.15m。

上部结构主要拟建物为1栋48层的塔楼，1栋42层的塔楼及1栋29层的高层建筑。结构类型为钢筋混凝土剪力墙结构（裙房为框架结构）。

2.2监测内容

周边环境监测

周围道路及地下管线沉降监测

基坑周边建筑物沉降监测

基坑外地下水位监测

围护结构监测

支护桩桩顶水平位移、沉降监测

支护桩深层水平位移（测斜）监测

支撑体系和立柱监测

支撑立柱水平位移及沉降监测

支撑两端差异沉降监测

支撑轴力监测

2.3数据分析

本项目基坑开挖深度较深，土方量大，开挖时间长，属大型基坑。监测工作定人、定仪器，定路线。在监测项目的设置上也多次同各有关单位协商，监测点的布设也较为完善。为了便于分析各监测点在各施工阶段的变化情况，分别对各监测项目的监测成果绘制了历时曲线图。我们把监测过程划分为三个主要阶段：第一阶段为第一步土方开挖至首道支撑施工完成阶段，第二阶段为基坑第二步土方开挖至底板浇筑完成阶段，第三阶段为地下结构施工及支撑拆除阶段。

（1）第一阶段

本阶段进行开挖至首道支撑施工完成。在此施工过程中，为了加以了解降水及开槽施工期间（悬臂），对基坑本身及周边环境所产生的影响，我方根据监测方案对基坑及周边环境进行了监测。从而确保在此期间，能安全、有效的进行施工。

此阶段的监测数据如下：

桩顶水平位移最大位移量为9mm。

桩顶沉降最大沉降量为-5.9mm（WY7）。

支护桩深层水平位移（测斜）最大变化量为10.32mm（CX2），靠地铁一侧为9.35mm（CX11）。

坑外潜水水位变化最大值为2330mm（SW4），承压水位变化最大值为-5436mm（CY1）。

周围管线沉降最大值为-8.3mm（GX38）。

周围道路沉降最大值为-8.3mm（L38）。

周围建筑物沉降最大值为-2.7mm（F8）。

从此阶段的监测数据来看，变形值稍大。由于此阶段属悬臂开挖，故基坑个别监测点的变形值较大。

（2）第二阶段（2012.11.30～2013.2.1）

本阶段进行土方开挖、支撑及底板浇捣施工。基坑土方开挖后，坑内的土体大量卸荷，造成坑内外土压力的不平衡，引起支护体系向基坑内侧发生位移，支护桩体及其它各项监测数据的变化明显变大，均出现了相应的变形趋势。位移曲线弧度逐渐增大，支护桩桩身位移最大点也逐渐下移。这说明基坑开挖过程中随着深度的不断加深，桩后主动土压力在纵深方向也是不断加大，导致桩体变形加大，基坑危险系数加大。各项监测数据的日变化量和累计变形（化）也相继增大。尤其部分监测项目的局部监测点位已达设计要求累计报警值界限。并且随着土方开挖深度的不断加深而增大，支撑承担的荷载逐渐超过上层支撑，表明围护体变形最大点逐渐下移，与测斜数据相符。随着第三步土方开挖已接近尾声，并且局部大底板垫层也相继完成，变形也相趋于平稳。

在此施工期间，对局部监测点位产生了较大的变形（化）。根据各项监测内容的历时曲线图，其累计变形值如下：

桩顶水平位移最大位移量为29mm（WY7）。

桩顶沉降最大沉降量为-17.4mm（WY7）。

支护桩深层水平位移（测斜）最大变化量为28.27mm（CX7），靠地铁一侧为25.69mm（CX11）。

支撑立柱水平位移最大变化量为17mm（LZ11），支撑立柱沉降最大变化量为19.2mm（LZ5）。

支撑两端差异沉降最大沉降量为18.7mm（C16）。

一道支撑轴力最大值为-7725.0KN（ZL14），二道支撑轴力最大值为-7479.2KN（ZL15）。

坑外潜水水位变化最大值为-1749mm（SW8），承压水位变化最大值为-6107mm（CY1）。

周围管线沉降最大值为-20.9mm（GX21）。

周围道路沉降最大值为-20.9mm（L21）。

周围建筑物沉降最大值为-7.4mm（F12）。

（3）第三阶段（2013.2.13～2013.6.13）

本阶段主要进行支撑拆除和地下室基础施工。根据方案，监测工作为1次/天～2次/周不等；并且紧随每道支撑的拆除和工程的进度对各项内容进行跟踪监测。在支撑拆除期间，局部点位变化（形）相对较大，我方进行了跟踪监测。在地下结构施工过程中，各项监测点位变化（形）不大。在此阶段，总体来看各项监测内容已处于稳定状态，各项监测点位变化（形）不大。其累计变形如下：

桩顶水平位移最大位移量为44mm（WY12）。

桩顶沉降最大沉降量为-29.8mm（WY5）。

支护桩深层水平位移（测斜）最大变化量为41.44mm（CX7），靠地铁一侧为33.32mm（CX11）。

支撑立柱水平位移最大变化量为-24mm（LZ7），支撑立柱沉降最大变化量为20.5mm（LZ6）。

支撑两端差异沉降最大沉降量为19.0mm（C6）。

一道支撑轴力最大值为-11895.1KN（ZL14），二道支撑轴力最大值为-10261.7KN（ZL15）。

坑外潜水水位变化最大值为2330mm（SW4），承压水位变化最大值为-5436mm（CY1）。

周围管线沉降最大值为-32.2mm（GX42）。

周围道路沉降最大值为-32.2mm（L42）。

周围建筑物沉降最大值为-8.8mm（F6）。

5结束语

在各有关单位的共同努力下，基坑工程得以顺利完成，监测工作也按照规范要求和预定方案圆满结束，真正实现了信息化施工，为设计、施工提供了准确、可靠、及时的监测结果，确保了工程和周围环境的安全，使施工得以顺利进行。通过对本工程的监测数据分析，可以认为：

1、工程监测数据所得，整体上反映了在开挖过程中对基坑和周边环境的一系列影响和变化，尚属正常。

2、监测为施工提供了必要的信息，起到了施工“眼睛”的作用，为施工的顺利进行和工程的安全提供了保证。

3、监测成果表明，应用先进的监测仪器及时获取信息（监测数据），对信息进行科学的管理和使用为施工提供了有力的保障。其重要意义，应继续得到充分的重视。

本工程各种原始记录和计算成果均经检查和校核，所提供的各项监测数据均真实准确，因而可供设计和施工参考之用。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009

[2]中华人民共和国建设部《建筑变形测量规范》JGJ 8-2007

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部《工程测量规范》GB50026-2007

[4]宰金珉 贺永年 杨维好等，岩土工程测试与监测技术[J]，中国建筑工业出版社（6）：76-78