下穿通道工程基坑监测技术探讨

■　缪扬扬（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路水运工程重点试验室，福州　350004）



下穿通道工程基坑监测技术探讨

■缪扬扬1，2
（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路水运工程重点试验室，福州350004）

摘要本文结合天马路下穿通道工程实例，介绍监测技术在深基坑施工中的应用，并结合各监测项进行分析，及时掌握基坑信息状态变化，为保证基坑安全、科学决策提供合理的参考数据。

关键词下穿通道深基坑监测技术

1　前言

因工程的复杂性和地区性，基坑施工至今仍未形成一套完整有效的理论规范，设计者的依据仍然是地质勘探资料和室内土工试验参数，再结合经典力学理论来推算设计指标。由于基坑工程施工环境很复杂，各类基坑施工大小问题及事故经常发生。因此，在基坑施工期间必须请有资质的第三方进行监测，以便采取必要的措施保证基坑施工的安全。

2　工程概述

下穿天马路通道工程基坑位于厦门同安区同集路与天马路交叉路口处。基坑起点桩号为K13+230，终点桩号为K13+930，全长700m。其中两侧浅下沉共长78m，两侧挡墙共长120m，两侧U型槽共长300m，通道长202m。通道段基坑最大开挖深度约11.8m，最大开挖宽度约27.8m，泵房处基坑最大开挖深度约18.4m，开挖宽度约34.2m。

3　基坑监测的必要性

通过监测数据与预测值作比较，可判断施工工艺和施工参数是否符合或达到预期要求，及时调整工艺及参数，确保顺利实现后期施工进度控制，从而切实实现信息化施工。

通过跟踪监测，能及时掌握基坑降水引起的基坑外侧相邻地面沉降的时空分布规律，控制性的提供有关变形范围、最大值及发展或收敛方向，尽早发现异常情况并及时处理。

通过监测能及早发现基坑止水帷幕的渗漏问题，并提请施工单位进行及时、有效的堵漏准备工作，防止施工中发生大面积涌砂现象。

通过监测能及早发现基坑边坡的稳定状态，确保基础施工安全。

及时将现场监测结果反馈给设计单位，使设计根据现场工况发展，进一步优化方案，达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。

4　基坑监测内容

根据《建筑基坑技术规范》的有关规定本基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数为1.0。从保护周边环境、基坑安全的角度出发，结合施工工况，监测项目主要内容包括：基坑内外观察、坡顶（桩顶）竖向位移、坡顶（桩顶）水平位移、桩体变形、支撑轴力、地下水位、基坑周围建（构）筑物基础沉降。

5　基坑监测方法

5.1基坑内外情况观察方法

观察方法采用巡视法，观察内容包括基坑周围地面裂缝、塌陷、地面超载及基坑隆起、渗水情况，基坑开挖的地质及其变化情况和支护结构状态等。参照上述内容根据基坑工程的开挖进度情况，随开挖随进行观察。要求观察人员作到以下两点：①首先熟悉每天的监测情况，根据每天监测的数据，做到心中有数和有目的的进行观察，并做好每天的观察日志。②熟悉和了解基坑开挖的进程和工况，出现异常情况立即报告。

5.2地表沉降监测方法

采用高精度EL302A型自动安平电子水准仪、配合半厘米分划铟钢标尺进行测量。用光学测微法进行观测，测前应对仪器、标尺进行检定，每次观测前应对仪器I角进行检测，I＜15＂。控制网及首次观测可采用单程双测站观测，其后可采用单程单测站观测，监测点必须构成闭合环，以确保《建筑变形测量规程》中规定的二级变形测量精度。基准点选在离基坑50m以外的地方（基准点采用Φ15mm左右、长度1.0～1.5m的钢筋打入地下，地面用砼加固，或设置在年代较老且结构坚固的建筑物上），形成一个地面控制网，定期校核。在基坑降水前对各监测点进行首次观测时，应对各观测点连续观测两次，两次高程平均值取中数作为初始值，以后每次观测均应与初始值比较，以求得垂直位移量的累计值及本次变化量。精度：按国家水准二等精度要求，每个测点的测站高差中误差不大于0.5毫米。测点布置：在工地内埋设三个基准点作为起算点，起算点每月联测一次，检查基准点的稳定性。地表沉陷监测点采用长度300～500mm的16号螺纹钢或长度50mm、直径Φ20mm的圆头钢钉作为观测标志，测点布设低于路面2～5cm，地面沉降监测按设计埋设完毕后，注意保护，以免破坏，若破坏及时补上测得数据。

5.3坡顶（桩顶）水平位移监测方法

利用高精度全站仪，采用极坐标法进行施测。利用起算点坐标和实测的边长夹角，算出每个待测点的绝对坐标进而求出每个点的变化矢量。

5.4横撑轴力监测方法

用JYYBJ-580型振弦式频率计，量测轴力计的频率值，当轴力计受到轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，改变钢弦的振动频率，通过频率仪测得钢弦的频率变化即可测出轴力计受力的大小，通过换算计算出横撑内力的大小。仪器精度：±2HZ。

5.5水位监测方法

进行地下水位监测就是为了预报由于地下水位不正常下降引起的地层沉陷。水位监测井采用大口井，水位监测井深度应超过基坑的开挖深度。采用钢尺水位计（仪器精度±1mm）观测地下水位的变化。在水位观测井顶部选用一点，做为观测井水位的基准点（与水准网点连测），从此基准点开始，将水位计探头沿水位井下放，当碰到水时接受机会发出蜂鸣声，此时读出至基准点的读数，再结合管口基准点的高程，就可以求出地下水位的绝对高程，进而监测地下水位的变化。依据设计要求在基坑两侧布设一组水位观测井，总共布设26口地下水位观察井（深井17口、浅井9口）。精度：测量误差不大于5mm。

5.6立柱变形监测方法

观测时在远离基坑的地段选定基准点，用于每次观测时的高程起算点，采用精密水准仪，按国家二等水准测量要求进行施测，求出每次各点的高程，其差值就是立柱的沉降变化量。

5.7基坑周边建筑物沉降变形监测方法

监测方法同地表沉陷。

6　监测成果分析

6.1基坑内外观察

主要观察支护结构成型质量、冠梁、围檩、支撑有无裂痕出现、支撑、立柱有无较大变形、止水帷幕有无开裂、渗漏、墙后土体有无裂缝、沉陷及滑移、基坑有无涌土、流沙、管涌。

6.2坡顶（桩顶）竖向位移

图1为基坑右侧J9～J10断面开挖开始至完成以及后续主体结构施工期间的监测数据。通过主体结构施工阶段的监测，受基坑施工和周边施工机械动载的影响，各断面地表沉降监测点变化与施工各阶段情况相符合。地表沉降变化较大的是：基坑右侧J9～J10断面间地表沉降最大总变化量J9～J10（-20.45 mm），原因是：某日8时基坑围护结构墙体透水的影响，及时进行注浆封堵，次日基本控制了透水现象，透水得到控制后，9～10断面间地表沉降变化逐渐趋于稳定。

6.3基坑围护结构（桩）墙顶水平位移监测

图2为基坑右侧S9～S19断面开挖开始至完成以及后续主体结构施工期间的监测数据。通过基坑土方施工和主体结构施工阶段的监测，各断面（桩）墙顶位移监测点随基坑施工深度增加均有变化。受基坑外施工车辆动载、后期支撑拆除和主体结构与围护结构间无支撑的影响，向基坑内位移变化较大，水平位移变化较大的是：基坑S16～S19断面间桩体水平位移最大总变化量S16～S19（30.45 mm），原因是：某日凌晨基坑未事先支护的情况下进行开挖，由于基坑开挖是土体卸荷的过程，而引起坑底土体产生向上为主的位移，与基坑外车辆动载导致了S16～S19断面位移变化，经及时支护S16～S19断面间水平变化逐渐趋于稳定。

图1　（J9～J10）断面时间-沉降曲线

图2　（S16～S19）断面时间-沉降曲线

6.4支撑轴力

通过对支撑轴力计监测数据显示，各监测点总受力变化不大，符合设计要求，与围护结构（测斜）变形相符合。但基坑外侧注浆时轴力变化明显，因此注浆时应将轴力作为一个参考指标，指导施工，保证基坑安全。

6.5地下水位

除4～6断面基坑右侧围护结构受透水影响外，各观测井水位累计均呈上升趋势，这与施工季节赶在雨季有关。

6.6桩体变形

通过对17个监测孔的监测，图3为监测孔监测数据显示，变化合理符合规律，变化不大，土方开挖期间由于种种原因支撑不及时的部位变形速率较快，应引起高度重视。

图3　深沉水平位移变化量-时间曲线表

端头井14断面为基坑深度最深的部位，左侧围护结构墙体测斜A14孔监测数据显示施工状态良好，墙体变形不大，表明在基坑施工中，随着基坑施工深度的增加及时安装支护，有效控制围护结构的变形，是保证施工的安全和质量的必要条件。

6.7基坑周围建（构）筑物基础沉降

建筑物前期施工期间，基坑在回填之前由于卸除地基土自重或降水等因素而引起的基坑外影响范围内的建筑物及道路的结构应力也在缓慢调整。变形观测的目的就是通过测量基坑周围预设的工作点和其周围建筑物特征部位之间的不对称变异量，对基坑在回填前及回填过程中的整体稳固趋势作出评估，为建筑质量评价和最后验收提供参考依据。一般情况下建筑物的变形观测内容为：基坑周围建筑物和道路的水平位移、垂直位移及裂缝观测。

通过对周边建筑物的沉降数据显示，各监测点变化不大，符合设计要求，与对应基坑内的测斜、桩墙体水平位移、桩体沉降、支撑轴力、地下水位变形相符合。

7　结束语

深基坑的开挖具有很强的地域性，由于地质和水文条件的差异、周围环境的变化都给基坑开挖带来很大的不确定因素。因此，很难在工程的初期就从理论上对开挖工程中出现的情况做预测，所以在基坑开挖过程中实时地对基坑进行监测对保证施工的安全是十分必要的。随着各种技术的成熟，基坑监测的精度和手段都有了日新月异的变化，也更便于工程实际的应用。在基坑监测工程中总结经验，整理资料，对日后指导工程设计、施工都有十分重要的意义。

参考文献

［1］JGJ 8—2010，建筑变形测量规范［S］．

［2］DG/TJ 08—2010，基坑施工监测规程［S］.