深基坑工程变形监测及数据分析

唐艳梅 彭祥国 陈乐文

（1.江西省煤田地质勘察研究院 江西南昌 330001；2.江西省水利规划设计院 江西南昌 330029）

0 引言

随着经济建设的进步，高层建筑、地下建筑、隧道等城市建设工程如雨后春笋般纷纷的兴建。但由于城市土地资源供应有限，城市建设土地价格日趋昂贵，为了节省土地，提高土地的空间利用效率，以充分利用地下空间，基坑工程成为高层建筑及地下空间开发中的重要组成部分，其深度也由原来的5米～6米逐渐发展到12米～13米，甚至是20米以上，深基坑工程不断出现。

由于基坑施工过程中受到地下土体地质条件、外部荷载、支护结构形式、施工现场及周边环境等不确定性因素影响，致使基坑安全事故时有发生，基坑施工及周边建构物的安全已然成为社会关注的焦点。通过对基坑施工的各个阶段开展全面系统地监测，及时发现异常情况并采取相应措施，不仅可以实现基坑施工的信息化指导，也可以有效地避免和降低建筑安全等方面的损失[1]。

本文将以位于南昌市的某一高层建筑物基坑为例，阐述基坑工程的变形监测及数据分析。

1 基坑工程概况

1.1 场地概况

该工程场地地质上部由第四系杂填土、第四系上更新粉质粘土、圆砾砾砂互层组成，下部为第三系紫红色泥质砂岩。总体来看，场地地质条件比较差。此深基坑近似长方形，长宽约为140m×110m，基坑设计深度为7m～8m，东西南临近马路，东边有一栋在建高楼，北边50m 之外为赣江。基坑周边无大型管线设施。基坑0～4m 采用自然放坡钢丝网喷锚护面，放坡后有一个1m 左右的承台，4～8m部分采用钻孔灌注桩作为基坑的支护体系，部分采用钢丝网加喷锚水泥墙作为止水幕墙。

1.2 警界值的确定

监测警界值由基坑设计方、监理方和监测方在基坑设计交底会上商定[2]。根据监测的主要内容，确定了如下警界值：

基坑支护墙顶部水平位移速率≤5 mm/d，累计警界值20mm；

基坑支护墙顶部竖向位移速率≤4mm/d，累计警界值25mm；

基坑周边地表沉降速率≤2mm/d，累计警界值10mm；

周围地下管线的竖向位移观测累计警界值20mm；

基坑周边地表裂缝监测累计警界值15mm。

监测过程中，当监测值达到警界值的80%时，在监测日报表中注明，并提请各方引起重视，必要时采取措施。当监测值达到警界值时，除需要再监测日报表中注明外，还需要专门行文通知有关各方并要求采取相应措施。

2 监测数据分析处理与信息反馈

监测取得的数据经处理后应在当日或隔日以日报表的书面形式提交给监理方，当实测数据达到或超过警界值时，应立刻通知监理方，并结合工况分析原因，供设计方、施工单位参考，以便及时采取相应措施确保施工安全。而后根据日报表数据资料整理为阶段性的数据分析报告，当现场监测工作全部完成后的一个月之内，应向委托方提供最终监测总结报告。基坑监测数据处理和信息反馈流程次页如图1所示。

3 基坑安全监测过程及分析

图1 基坑监测数据处理和信息反馈流程图

根据业主方的要求，该次基坑监测内容主要有基坑围护墙顶水平位移和竖向位移，道路裂缝监测和沉降监测，地下水位观测。基坑围护墙顶水平位移和竖向位移的监测及结果分析如下。

3.1 基准点和工作基点的布设及监测

基准点作为整个位移监测过程中的最基本控制点，为位移监测提供基准数据，基准点的选取及稳定性显得尤为重要。因此结合工地条件，在变形影响范围外且便于长期保存的位置埋设了三个基准点。基准点全部现场浇筑，采用强制归心观测墩。

由于基准点全部埋设于工地围墙外，不适宜架设仪器对监测点进行观测，因此该项目在工地围墙内合适的位置埋设了两个工作基点，按照基准点埋设要求进行埋设，并要求和基准点能通视。

基准点和工作基点在经过一段时间稳定后，对基准点和工作基点进行两次独立测量，当两次测量结果在限差之内，则取其平均值作为点的平面坐标和高程起算数据。后期也将定期进行复测。

对基准点、工作基点和监测点进行测量时，应符合下列要求[3]：采用相同的观测路线和观测方法；使用同一监测仪器和设备；固定观测人员；在基本相同的环境和条件下工作。

3.2 围护墙顶水平位移监测

3.2.1 监测点布设及监测。由文献[4]可知，在基坑边角附近约L/4 处，由于受另一侧围护结构的约束作用，水平位移增长较慢，在L/4 ～3L/4 处约束作用减弱，位移急剧增长，在3L/4 ～L 处，位移增长到一定值后逐渐趋于稳定。因此，在布设监测点时应重点布设于基坑边的L/4 ～3L/4 处。本基坑布点时点之间间隔10m ～15m，共布设了35个监测点。观测标志用3个φ10mm 膨胀螺栓钉入水泥地板中并浇筑成高30cm的水泥桩，埋入强制对中杆，后期平面监测时直接安装棱镜。

该基坑设计时安全等级定为二级（即：观测点测站高差中误差为±0.5mm、观测点坐标中误差为±3.0mm），为了能获得较高的观测精度和提高观测效率，本项目采用徕卡TS30 测量机器人进行监测（测角精度为1秒，测距精度为0.6mm+1.5ppm）。

3.2.2 监测过程及数据分析。围护墙顶水平位移以及竖向位移监测是在基坑开挖时开始监测的，由于该基坑面积较大，考虑到基坑开挖面积一次性不能太大，深度不能太深的原则，基坑的东西两侧是分批次开挖的。按照建设部《建筑基坑工程监测技术规范2009》的要求，合理地设置了监测频率，从基坑开挖至底板浇筑期间每三天监测一次，底板浇筑完毕后一星期监测一次。历时145天，共监测28次。

通过对监测数据进行整理和分析发现，埋设的35个监测点中大部分点位移在警戒值之内，有少量点位位移达到或超过警戒值，针对达到或超过警戒值情况及时向监理方发出警报并采取相应措施。此外，支护结构形式不同，监测点位移变化量相差较大。采用灌注桩作为支护结构的稳定性明显优于采用钢丝网加喷锚水泥墙的稳定性。

下图为各监测点的水平位移变化过程线。

图2 支护墙顶水平位移过程线组合

3.3 围护墙顶和周边道路竖向位移监测

3.3.1 监测点布设及监测。基坑围护墙顶竖向位移监测点采用水平位移监测点，周边道路沉降点直接在裂缝处钉入钢钉。

围护墙顶竖向位移监测同水平位移监测同期进行，但观测频率较水平位移监测长，一般每10 天观测一次，开挖降水期间会适当加大观测密度。按照二等水准测量的要求，采用徕卡电子水准仪DNA03 进行观测，每次观测时采用相同的观测仪器、沿着相同的路线以及保持相同的观测人员和立尺人员，尽量减少由于仪器和人为因素带来的误差。

3.3.2 监测过程及数据分析。由于每次都采用相同的仪器、水准尺，固定的观测人员和立尺人员，相同的观测路线，各期水准往返观测闭合差都较小，达到理想的效果。从监测数据来看，该工程降水对基坑围护墙顶沉降影响较小，大部分点位沉降在10mm 以下，有5个点沉降量达到10mm 以上，最大为28.6mm。究其原因：一是由于该点位附近有一处水源，流水冲刷导致沉降较大；二是该点埋设于钢丝网加喷锚的水泥墙上，自身稳定性不够。周边道路沉降量均在报警值以内，变化量较小。

下图为围护墙顶竖向位移变化过程线。

图3 支护墙顶竖向位移过程线组合

4 结论

通过对建筑物基坑安全监测能及时掌握基坑稳定性，为基坑施工提供信息化指导，能有效预防安全事故的出现。该工程对基坑的监测主要是围护墙顶水平、竖向位移，周边道路裂缝、竖向位移以及水位观测，监测项目不完全。在以后的监测中，应适当增加测试项目，为基坑工程的安全提供更可靠的保障。通过对比埋设于灌注桩和钢丝网加喷锚的水泥墙上的监测点数据发现，以灌注桩作为支护结构的稳定性明显优于其他支护结构形式。在条件允许的情况下，支护结构尽量采用灌注桩形式。

[1]杨晓平.工程监测技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]陈能辉，朱增洪.南昌百脑汇购物广场基坑监测与分析[J].江西测绘，2006,63（1）：40-41.

[3]建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）.北京，2009.

[4]夏才初，潘国荣.土木工程监测技术[M].中国建筑工业出版社，2001.