浅析深基坑施工监测技术

林明博

（深圳市工勘岩土工程有限公司，广东 深圳 518026）

1、前言

随着我国城市建设的快速发展，基坑施工的开挖深度越来越深，从最初的5～9m发展到目前最深已达20m多。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测据来了解基坑的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境——地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施充当耳目。

2.深基坑监测的内容及方法

监测内容的选择和测点布设合理方能经济有效。监测项目的选择必须根据工程的重要程度、支护结构及地质条件的实际情况而定。在确定测点的布设前，必须知道基地的地质情况和基坑的围护设计方案，再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。

深圳地区基坑常见支护方案有大放坡、土钉墙支护、复合锚杆支护、桩锚支护，支护桩墙+内支撑支护，双排桩支护，重力式搅拌桩挡墙支护等形式或几种方案的组合，比较常规的监测项目有坑顶水平位移、周边沉降、土体或支护桩墙的深部水平位移（测斜）、地下水位、支护桩墙钢筋应力，锚索或内支撑轴力监测等，个别基坑还可能有侧土压力、孔隙水压力、分层沉降及基坑底反弹监测等。

周边沉降和坑顶位移几乎是每个基坑必不可少的监测项目，主要采用水准仪或全站仪等光学监测仪器，方法简单，数据直观可靠。

测斜管（测地下土体、围护桩体的侧向位移）的安装应根据地质情况，埋设在那些比较容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑围护结构以20～30m的间距布设；围护桩墙体测斜管应在围护桩体浇灌混凝土时放入；地下土体测斜管的埋设须用钻机钻孔，放入管子后再用黄砂填实孔壁，地表管口四周用混凝土封固，并在管口加帽或设井框保护。测斜管的埋设要注意十字槽须与基坑边垂直。深部位移主要采用重力加速度式测斜仪进行观察，通常以底部为不动点由下往上进行推算得出不同深度的水平向变形量，故一般要求测斜管底部应进入稳定土层。

基坑在开挖前必须要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑内渗漏，地下水的流动是引起塌方的主要因素，所以地下水位的监测是保证基坑安全的重要内容；地下水位观测井用钻机成孔，成孔直径Φ110mm，成孔深度略深于设计深度，成孔后下入Φ70型PVC花管外裹双层尼龙网，花管与孔壁之间用级配碎石（边挖孔边下碎石）填充，孔口以下约2m内用粘土封闭，地表管口四周用混凝土封固。

应力监测中用的比较多的是振弦式应力传感器，包括振弦式钢筋应力计、混凝土应变计、轴力计、锚索计、土压计和孔隙水压力计等。采用频率读数仪读取传感器的频率变化，通过事前率定的系数计算出应力或应变。

支护桩钢筋应力计布设在钢筋笼中内外侧一对受力主钢筋上，每2～3米布设一对。混凝土支撑轴力监测主要采用钢筋应力和混凝土应变计，在受力关键位置选择监测断面，每个断面布设4应力计。锚索计在锚索张拉前刻，安装锚垫板或锚具之间，然后张拉锁定。土压力计和孔隙水压力计，是监测地下土体应力和水压力变化的手段，孔隙水压力计的安装，也须用到钻机钻孔，在孔中可根据需要按不同深度放入多个压力计，每个压力计间用干燥粘土球填充隔离。土压力计要随基坑围护结构施工时一起安装，有时也会用到钻孔法，注意它的压力面须向外；并根据力学原理，压力计应安装在基坑的隐患处的围护桩的侧向受力点。应力计安装都须注意引出数据线的编号和采取有效保护措施。

3.监测数据分析实例

3.1.工程概况

深圳某商业大楼工程，共有四层地下室，基坑开挖深度21.90m，基坑面积共约为21000m2，采用支护桩结构，基坑周边围护体均采用1000mm厚“两墙合一”地下连续墙，竖向设置四道临时砼支撑体系。地下连续墙成槽前采用φ850@600三轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固，基坑被动区土体加固采用φ850@600三轴水泥土搅拌桩，被动区加固体与槽壁加固体之间采用φ850@600高压旋喷进行填充加固。

支撑平面均采用对撑、角撑结合边桁架布置，采用钻孔灌注桩作为立柱桩。每道支撑的中心标高具体情况为-2.650、-8.150、-13.500、-18.500。连续墙底标高为-38.900，搅拌桩底标高为-25.900。

监测内容主要有周边沉降观测，坑顶位移，支护墙体深部位移，支护墙体钢筋应力监测，砼凝土支撑轴力，地下水位等。

3.2 地表沉降的结果与分析

本工程基坑的三面都有管线，而其中西侧的管线离工程有较远的距离，因此最后沉降都没有达到设计的报警值。而另两测的离基坑比较近所有的点位都超过了报警范围。变形最大的点位都位于基坑东侧，这和本工程东侧同时进行的基坑开挖有着极大的关系。由于测点较多，为便于说明问题，分别选择工地东侧和南侧最有代表性的一条断面上的测点进行分析。其中东侧离基坑近到远分别为 D8、H3、X8、S8、M8。如图 1 所示：

图1 （曲线由上到下分别为 D8、H3、X8、S8、M8）

图2 （曲线由上到下分别为 X3、M3、S3、D3）

南侧离基坑从近到远分别为D3、S3、M3、X3。如图2所示：

从图1、图2明显可以看出，地表沉降的变化可以分以下3个阶段。第一阶段：从挖土开始一直到挖完2层土，是一个缓慢的下降过程。第二阶段：从挖第三层开始一直到垫层形成前是一个很急剧的下降过程。第三阶段：垫层形成后一直到底板形成下降的趋势明显减缓。

并且明显看出工地南侧的点位是沉降量是离基坑越远越小，而东侧的点位沉降量则是离基坑越远越大。这说明了叠加效应的存在，因而在东侧离对方基坑越近的点位也受对方基坑的影响越大。像这种沉降量不完全是本基坑造成的情况，一定要和本基坑业主和对方基坑业主事先沟通好，以免将来有不必要的麻烦。

还可以从曲线看出，在4月7日地表有明显的上升过程，这和工地停止抽水有关，当地下水停止抽取后，水头开始往上升，必定引起地表上升，这是正常的现象。

3.3 地下连续墙变形的分析

共在墙体内埋设了8个测斜孔，36m深。其中一孔被施工破坏，从基坑开挖始就开始及时跟踪监测。各测斜孔的最大实测位移和所在深度的对照见下表。

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从表1中可以看出：本工程的最大值为79.3mm，各个点的最大值比较接近，都在70-80mm之间。出现的位置在17-19m的位置处。说明墙体最大水平位移的位置在开挖底面上2-5m附近。

以墙体水平位移最大的CX8孔为例，分别用曲线表示出在不同开挖阶段的最大变形值。分别为挖完第一层至浇筑完底板的变化曲线。如下图3。

从图3可以得出以下结论，位移值的随着开挖的不断加深，而变形量是越来越大，影响的范围也不断的扩大，随着地基强度的降低，从施工角度来说，基坑开挖到底时，也最为危险。在这时垫层最为关键，绝对不能等到土方全部挖完后在浇垫层，必须要分块浇筑，什么地方先挖完就先浇筑这一块，尤其是基坑的边部位置。垫层及时能有效的减少基坑的变形。大底板也要以最快的速度跟上。

3.4、支撑轴力

根据支撑轴力的数据的分析，从支撑轴力的变化趋势可见：

（1）第一道支撑随着开挖深度加大，支撑的轴力明显的逐步增加。一直到第二道支撑形成之后轴力才有一定的减少。在第二道支撑养护期轴力变化不明显。

（2）随着第二层土方的开挖，第二道支撑的轴力在明显的增加，而第一道支撑虽然也在增加，但幅度明显的小于第一层土方开挖时。第二道支撑也在第三道支撑形成后才逐渐稳定。第一和第二道支撑最终都没达到报警值。

（3）而从第三层土方开挖后，报警值不断的出现，这和暴露时间过长有关。当第三层土方开挖结束后，正值农历新年，工地放假，因而第四道支撑没有及时跟上。导致轴力以及墙体报警，所以可知在土方开挖过程中快速地形成支撑是减少变形的关键。虽然最终在各方的努力下没有产生险情，但也为我们敲响了警钟。如果没有把握快速形成下一道支撑就不能盲目开挖。

（4）当第四道支撑形成后，第三道轴力的迅长的速度才得到了减缓。而此时第四道支撑轴力的增长的非常快速，快速的达到了报警值，这也和此前暴露过长有关。而此时第一、第二道支撑都还比较稳定。而底板浇完后，所有支撑轴力都基本保持不变。

（5）在施工开挖过程中，难免会有轴力点位被破坏。而ZC6点全部点位都保存了下来，并且此点位变化量也较大，较好的反应了当时的情况。所以就以ZC6号点的监测数据，观测它在不同时间段随工况的变化情况。

结束语

分析结果显示：通过对基坑的跟踪监测，使得工程能够安全顺利地进行，为基坑工程如期竣工起到了很好的“监护”作用，同时，也为安全生产提供了保障；这种监测施工工作测量对整个工程具有不可忽视的实际指导意义。

[1]乔高勇，杨小冬.简析深基坑施工监测方案[J].工程质量,2010.10.

[2]裘宝华，张文健，裘洪明，张荣灿，章国荣.超大深基坑施工监测技术 [J].施工技术,2006.06.