深基坑工程沉降观测及数据控制方法

摘要：深基坑是大型建筑物施工中基础建设的必备工程设施。由于基坑开挖破坏了原有基础的平衡，加之基坑周围竖向荷载作用会造成基坑沉降变形。沉降变形会影响基坑安全，造成基坑边坡的坍塌，因此需要对基坑沉降数据进行实时监测。文中针对深基坑沉降观测进行了研究，给出了基坑沉降观测方法，并通过对监测数据分析指出了沉降变形的变化规律，为类似工程的沉降控制提供理论依据。

关键词：深基坑；沉降；数据分析；基坑支护

基坑开挖前，土体处于静止土压力形态，由于基坑的开挖，基坑内部和外部土体转变为被动或主动土压力形态，应力状态的变化导致维护结构承受荷载，从而引发支撑结构和土体的变形。支护桩和围护墙的内力、支撑轴力、锚杆拉力、坑内土体的凸起、基坑周围土体的顶部沉降和侧向位移其中的任意一项数值达到允许的最大值，都会破坏基坑的稳定，同时对基坑范围内环境形成不利影响[1]。开挖深基坑的工程都是伴随着市中心大型建筑建设，基坑的开挖引发的周围土体变形会改变周围地下管线和建筑物的稳定状态。如果变形过大，会引起临近结构设施的破坏或者失效。由于基坑临近的建筑物带来的集中荷载引起地表水渗漏，加快了土体的变形[2]。为保证基坑施工的安全性，需对危险因素进行提前预估。但是，一方面由于基坑工程地质条件复杂，土体荷载处于不断变化之中；另一方面在模拟计算中，对基坑周围地质和约束条件都进行了假设和简化[3]。而且基坑施工过程中，受到降雨、移动荷载和偶然荷载的作用，使得基坑机构工程和变形预测与实际情况有一定差异，大部分情况下仍然依靠经验进行基坑施工。因为基坑施工复杂，容易发生事故，因此，必须对基坑施工进行监测。基坑开挖过程中，通过对基坑环境的监测，控制大变形、位移和工程事故的发生掌握基坑边坡的建造和使用过程中的应力状态和变形，在保证基坑支护结构可靠的基础上，完成优化施工与动态设计的目的。基坑工程监测技术是指在基坑工程施工及使用期限内，根据设计规范运用有效的精密测量仪器和科学的测量技术，对基坑周边环境及支护系统实施监测和监控[4]。基坑监测能够有效及时地预测和发现基坑施工中的问题，保证基坑施工过程中的安全性。相比工程基坑围护和主体建筑物，基坑监测设施使用时间短，但是其效果明显，不可或缺。基坑监测的数据要求精度高，而且要及时反馈和数据处理，时效性强[5]。同时，基坑监测必须严谨，需要提前做好监测方案，委托具备自理的单位和人员进行监测。以上基坑监测特点说明，基坑监测是一项重要而且特殊的工程措施。

1基坑沉降变形

1.1沉降变形危害

由于基坑的开挖，造成附近建筑物基础受力变化，开挖的基坑影响了基础的整体性，基础承载力下降[6]，由于建筑设施重力或其他荷载的作用，基坑外地面会发生沉降[7]。基坑外地面沉降的危害主要有两点：（1）引起路面、底面和管线开裂与塌陷，（2）造成临近的建筑物不均匀沉降。

1.2沉降变形因素

引起坑外地面沉降的主要原因有：（1）支护系统产生水平位移，（2）基坑土体固结，（3）桩、墙施工的钻孔、开槽，（4）坑边地面堆土、堆载、交通运输，（5）锚杆钻孔或降水引发砂土颗粒流失，（6）坑底流土，（7）坑底隆起。

1.3沉降变形控制方法

基坑之所以产生沉降是因为基坑的开挖，降低了对基坑边坡的侧向约束，造成基坑边坡现有承载力不足以支撑上部结构重力荷载。在上部荷载作用下，出现边坡土体挤压隆起和坡顶沉降的现象。沉降变形的控制方法主要是人为增加边坡侧向约束，抑制边坡侧向隆起，增加边坡土体强度和密实度，降低边坡垂直方向的沉降。

2沉降变形监测方案

基坑坡顶、周边建筑物及地面道路沉降监测均采用几何水准测量法。基坑坡顶测点均匀分布在基坑坡顶四周，建筑物沉降测点布置在住宅小区和办公楼转角处，地面道路沉降测点均匀布置在基坑北侧、南侧和东侧路面。为了叙述方便，以下统一简称为“沉降监测”。（1）设备选用JGJ8-2007《中华人民共和国行业标准·建筑变形测量规程》第3.3.1条规定适合本项目沉降监测的仪器，可采用南方DL-2007电子水准仪，按照水准测微法实施测量。（2）观测技术要求。一是观察应在划线清楚、稳定不发生抖动的情况下进行。为防止读数误差，不应在光线昏暗或强光、大风、极端温度等环境条件下进行观测，防止阳光直射干扰测量，测伞可用来作为遮蔽阳光的工具。二是每次测量作业开始前应对检测仪器进行仔细检查和校对，如发现仪器发生损坏或测量精度降低等情况，应及时纠正或者更换测量仪器。三是双向测量时，应更换两个标尺位置，并应重新调节设备。四是对建筑物的变化、建筑物的地基及墙体裂缝等作书面记录，并绘制草图。

3沉降数据分析

本文以某大厦基坑施工为例，该基坑施工监测有三部分的沉降监测，一个是建筑物沉降监测，第二个是基坑四周地表沉降，三是坡顶沉降观测。建筑物沉降监测共有9个测点，编号为S1~S9，分布在基坑西侧的住宅小区和办公楼四周；地表沉降监测共有8个测点，编号为S10~S17，分布在基坑北侧、南侧和东侧的基坑；坡顶监测共有12个测点，分布在基坑四周坡顶。图1为基坑四周地表沉降的沉降变化时程曲线图，由图1中可以看出，17个地表沉降历时曲线的总体规律是：基坑开挖后前30天，因为原本稳定的整体结构受到影响，基坑边坡处土体所受荷载发生变化，地表沉降处于波动期，在水平面附近上下浮动；从4月末到7月末，即施工开始后第30~120天左右，边坡土体所受荷载和约束趋向稳定，由于竖向荷载的作用和基坑约束的减小，地表开始不断沉降，变化幅度和变化速率比较稳定；7月底之后，外界荷载和基坑边坡的支护反作用力基本达到平衡，土体自身压缩变形也释放完成，基坑周围地表变形逐渐平稳，基本不发生变化。沉降最大值为20mm，距离预警值30mm相差33.3%，满足工程沉降控制要求，表明本工程地表沉降的控制方式合理。图2为基坑边坡坡顶的沉降变化历时曲线图。坡顶沉降相较于图1地表沉降变化更为复杂。这是因为坡顶距离基坑边坡更近，基坑开挖后，边坡原先的约束突然消失，对坡顶沉降的影响更加明显。基坑边坡坡顶沉降过程中，波动时间段相较于基坑沉降变化明显缩短很多，只有3~5天，5天后坡顶沉降增加，坡顶开始下沉。这说明由于边坡受基坑开挖影响最大，开挖后其沉降反应速度也更快。施工第五天后，边坡坡顶开始急剧沉降。其中D5测点，从第5天到第30天沉降10mm，沉降幅度最大。施工30天后，基坑边坡的支护作用，成为反作用力抑制了边坡位移的变化，12个测点沉降位移变化幅度减小，变化速率减慢，沉降变化变得平稳，日均沉降量为0.3~0.4mm/d。施工开始70天后，随着外界荷载的累加，坡顶沉降不断下降。由此可见坡顶沉降变化大致分为四个阶段：波动段-下降段-平稳段-平稳下降段。在第一个下降段可能出现变化率超过警告值的情况，在施工后期可能出现沉降累计值超过警告值的情况。沉降在整个施工期的呈不断下降的变化趋势，在整个施工期间均应进行监测。基坑坡顶沉降最大值为28mm，非常接近预警值30mm，因此，边坡支护方式后续应进行调整或加强支护强度，防止出现边坡沉降超限情况。

4结语

本文针对深基坑监测问题，以某具体大厦施工的基坑为例，对测量数据进行分析，得到了沉降位移变化规律，为基坑施工过程中的监测和变形控制提供了有益建议。主要结论如下：（1）基坑沉降是影响基坑稳定和安全的重要因素，在实际过程中，需要对基坑开挖后的周边沉降进行实时观测，并设置预警值，防止基坑沉降超过预警值，影响基坑结构安全。（2）基坑地面沉降变化曲线，先经过一个波动期，后经过一个稳定期。一般在施工期的第20~60天，各项指标波动幅度最大，频率最高，此时应该加强检测频率，做好应急措施；在施工开始后100~120天后，各项数据开始趋向平稳。

参考文献

[1]杨旭辉.深基坑监测控制［J］.科技与创新，2016（23）：103-104.

[2]田倩.深基坑工程变形监测实例分析［J］.内江科技，2011，32（7）：100，55.

[3]徐双军，吕华，武崇福.桩锚支护体系在深基坑支护中的应用［J］.山西建筑，2010，36（17）：92-93.

[4]王予旗.和信项目深基坑工程检测与控制［J］.山西建筑，2010，36（2）：148-149.

[5]王金明，贾亮，徐国双.某工程深基坑回弹观测及建筑物沉降观测、成果分析［J］.北京测绘，2009（1）：64-67.

[6]殷雷.深基坑工程周边建筑物沉降变形及控制探讨［J］.科学大众，2008（12）：116-117.

[7]刘江，易进栋.深基坑工程周边建筑物沉降变形及控制探讨［J］.现代交通技术，2007（6）：27-29，39.

作者：刘文朝 单位：中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队