建筑基坑工程监测问题的探讨

黄俊光,罗永健

(广州市设计院，广东 广州 510620)



建筑基坑工程监测问题的探讨

黄俊光,罗永健

(广州市设计院，广东 广州 510620)

基于工程实际需要,针对现行《建筑基坑工程监测技术规范》中的监测项目选择,监测点布置、监测频率确定以及监测报警值设置进行探讨,提出可适当降低基坑工程监测中土压力、孔隙水压力、地下水位及坑底隆起等监测项目的要求,并结合工程重要性调整监测频率、监测点布置和监测报警值。

基坑工程;周边环境;监测项目;监测频率;监测报警值

1 概况

基坑工程监测可以为基坑工程信息化施工及优化设计提供依据,同时通过监测能及时反映基坑支护结构及周边环境的状态,是发展基坑工程设计及理论水平的重要推动手段。而随着基坑工程对安全意识的日益增强,提高和完善监测技术的重要性迫在眉睫。而基坑支护一般作为临时措施,在经济与安全之间取得某一平衡点,基坑监测的数值可起到关键的判定作用。

根据国家住房和城乡建设部制定的《危险性较大的分部、分项工程安全管理办法》规定,建筑基坑工程的方案评审主要包括设计方案评审及施工方案评审,而基坑监测方案并无专项评审要求。现行国标《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497—2009)[1](下文简称《监测规范》)规范了建筑基坑工程的监测工作内容,但按监测规范的监测项目、点数、频率及报警值进行设置时基坑监测的工作量和监测费均较大。目前,在监测规范发布执行已超过7 a后,针对监测规范某些监测项目、监测点次、警戒值的针对性和合理性仍频频引起各方争议[2-3]。鉴于此,本文针对现有《监测规范》中条文,进行了一定的探讨,并提出了一些建议。

2 监测项目

《监测规范》中,监测项目主要包括：墙(坡)顶水平、竖向位移、围护结构水平位移、土体深层水平位移、墙(桩)体内力、支撑内力、立柱竖向位移、锚杆、土钉拉力、坑底隆起、土压力、孔隙水压力、地下水位、土层分层竖向位移、墙厚地表竖向位移、周围建(构)筑物倾斜变形、周围地下管线变形等[1]。根据支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响程度,基坑安全等级分为三级。而针对不同的安全等级,《监测规范》规定了不同的应测项目要求。

地下水位变化常常是导致周边环境沉降变形的主要因素,但是地下水位升降,常仅作为周边变形预警参考指标,不作基坑报警参考指标。按《监测规范》表4.2.1,地下水位监测在所有类别的基坑中都定义为应测项目,显然在对基坑影响范围内无地下水、无软弱地层或者地下水位埋深超过基坑开挖底的基坑,设置为应测项目是不合理的。如表1所示,对于地下水影响不显著的一级基坑建议其地下水位监测项目可不进行监测；对于地下水影响不显著的二、三级基坑或者开挖深度不大的基坑,不进行对地下水位进行监测[3]。

表1 规范监测项目要求对比

基坑工程作为一种临时性支挡结构,在满足承载力要求的前提下控制变形满足要求,即变形控制的安全度高于承载力强度控制的安全度。目前对于岩土体,土体力学的计算分析还处在半经验状态下,当支挡结构上已有监测支护结构内力的条件下,土压力及孔隙水压力监测必要性不大。除非在研究性的重大工程中建议土压力及孔隙水压力的监测项目可作为可测项目,而一般工程建议取消土压力及孔隙水压力的监测项目。

坑底回弹不会导致基坑破坏,基坑相关设计规范也不要求进行回弹稳定性验算,非研究性基坑的基坑监测建议可对应取消坑底回弹要求。对于基坑底是硬质土或者风化岩,坑底隆起则甚少出现,坑底隆起破坏主要在基坑底是软土的基坑中发生,一般通过围护墙嵌固深度控制来满足基坑隆起的稳定性要求,监测规范中也没有提出相应的监测方法和要求,其监测难度大且指标意义不大。建议参照国家标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—2012)表8.2.1,取消基坑坑底隆起(回弹)的监测项目。

减少监测项目即可减少监测的点数,亦减少工作量及监测费用,由此建议调整地下水位、土压力、孔隙水压力及坑底隆起(回弹)等监测项目的必要性,建议采用表1要求。

3 监测点布置

《监测规范》中的监测点布置,建议也可考虑基坑安全等级的影响,安全等级越低监测项目的测点间距可越大；同一个基坑当四周环境差异较大时,应针对不同的环境,设置不同的基坑安全等级,监测点的布置在同一个基坑就可有所侧重。容许根据监测数值的变化规律和发展趋势,在位移变化比较大的范围再动态增设监测点,对变化速率大或需加强保护环境范围进一步加密监测点布置,可根据监测数值信息化调整监测点布置。

4 监测频率

《监测规范》根据基坑的设计深度、安全等级、施工进程的开挖深度确定了对应测的项目监测频率,表2为节选《监测规范》表7.0.3中一级开挖深度的监测频率。

表2 监测频率

随着经济发展,深大基坑普遍存在,按上表较深基坑开挖到一定深度时的监测频率较高,所需监测项目的点次(数量和频率的乘积)就非常大,以至产生很大的监测工作量和监测费用,使监测频率的不合理性更突显出来。目前,实际基坑的监测中,一般不会采用类似于表2频率，从而导致《监测规范》权威性受到挑战,给设计单位和监测单位带来困惑,给工程概预算和安全监督管理带来困难。

基坑支护为临时性支护,安全度相对较低,监测频率不能仅仅考虑基坑安全等级、开挖深度和设计深度确定基准频率。建议监测频率还应综合考虑基坑环境,施工进程,暴雨过后,渗漏水后,载荷变化等工况变化。

基于“信息化施工,动态调整监测频率”原则,建议取消《监测规范》要求的固定频率表。建议按工况变化设计：在工况变化急剧阶段,间隔时间不应超过1 d；一般工况变化可1～3 d,其余情况下可延至3～7 d；当变形超过报警值或场地条件变化较大时,应加密观测至1 d 2次。当有危险事故征兆时,则需进行连续监测。容许基坑局部范围工况变化时仅针对监测该局部范围进行加强监测。

通过上述“把握重点,放松次要”,使监测频率更具针对性、合理性,也充分体现了经济性。

5 报警值设定

《监测规范》中相关监测项目的位移报警值采用正常使用极限状态设定是合适的,但对相关支护结构内力监测项目的报警值采用60%～80%的承载能力设计值,在日常监测中会容易引起报警。当监测结果接近报警值时,已需加强监测、巡查；监测结果达到报警值,并启动应急预案,基坑停工并进行专题分析和专家评估基坑的安全性,必要时需进行加固处理。所以,报警值须慎重设置,以达到保护周边环境和基坑安全的前堤下不影响参建各方工作和基坑施工进程。

主要影响支护结构受力的土压力、水压力和施工堆载均为永久性荷载,当支护结构内力的监测值等于计算荷载标准值SGK时,进行报警以引起重视是合适的。设计值可作为控制值S,承载力极限标准值Rk(fk,,……)作为安全度的判别标准,根据荷载标准值与承载能力设计值R(γR,fk,,ak……)的比值确定报警值。我们根据基坑安全等级的重要性系数γ0=,一级γ0=1.1,二级γ0=1.0,三级γ0=0.9；钢筋、钢绞线或者混凝土的材料性能分项系数γf≥1.4和按国家基坑规范的荷载分项系数γG=1.25。按永久荷载控制的荷载组合简化计算公式：

S=γ0γGSGΚ

按承载能力设计值R和极限强度标准值Rk的计算公式：

γfR(γR,fk,,ak……)=Rk(fk,,ak……)

按S≤R设计时,取S=R,代入上述相关符号数值,可得到对应的安全系数表3：

表3 承载能力安全系数对比

基坑支护的设计工况发生在基坑施工期间,有临时性、短期性的特点,可考虑充分发挥材料性能。由上表可知,安全度按一级、二级和三级基坑对应极限承载能力标准值的安全系数分别有1.925、1.75和1.575。按一级、二级和三级基坑对应承载能力设计值的安全系数分别有1.375、1.25和1.125,结合考虑一般按S≤R设计时,实际配置的截面尺寸和配筋会有一定的富余安全度,实际安全系数还会更大些。基坑监测构件的内力达到内力标准值SGK报警时,一级、二级和三级基坑对应承载能力设计值的1/1.375=73%、1/1.25=80%和1/1.125=89%。

由此,支护结构内力监测项目的报警值较现有规范平均提高10%,采用70%～90%的承载能力设计值作为报警值安全适用,经济可行的。

6 结语

本文针对现行《监测规范》对监测项目选择、监测点布置、监测频率取值以及监测报警值进行了一定的技术讨论,并提供了相应建议供大家参考。

1) 从技术经济的角度出发,土压力、孔隙水压力、地下水位及坑底隆起等监测项目建议根据基坑安全等级进行有针对的设置。

2) 监测点布置建议根据基坑安全等级、监测数值,适当调整监测点布置。

3) 监测频率考虑基坑环境,施工进程,暴雨过后,渗漏水后,载荷变化等工况变化,加强及降低监测频率,“把握重点,放松次要”,使监测频率更具有针对性、合理性。

4) 按支护结构承载能力设计值与荷载标准值的关系,在满足安全度要求时,支护结构内力监测项目的报警值较现有规范平均提高10%,以减少不合理的报警满足安全适用,充分发挥材料性能体现经济合理。

[1] 建筑基坑工程监测技术规范：GB 50497—2009[S]. 北京: 中国计划出版社, 2009．

[2] 宋建学, 郑仪, 王原嵩. 基坑变形监测及预警技术[J]. 岩土工程学报, 2006, 28(S1): 1 889-1 891．

[3] 李涛. 基坑监测工作有关问题的思考[J]. 质量检测, 2012, 30(8): 23-25．

[4] 建筑基坑支护技术规程：JGJ 120—2012[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2012．

[5] 混凝土结构设计规范：GB 50010—2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010．

(本文责任编辑 马克俊)

Discussion on Monitoring of Building Excavation Engineering

HUANG Junguang, LUO Yongjian

(Guangzhou Design Institute, Guangzhou 510620, China)

Based on the engineering project requirements, the selection of monitoring, the arrangement monitoring-Spot and the determination of monitoring frequency by Technical Code for Monitoring of Building Foundation Pit Engineering are discussed. IT is suggested that the requirements on the monitoring of earth pressure, pore pressure, groundwater level and upheaval in the bottom could be reduced. The monitoring frequencies, setting of monitoring points and monitoring arrangement alarm value could be adjustment according to the importance of the project.

building excavation； surroundings around building excavation； monitoring items; frequency of monitoring；alarming value on monitoring

2016-06-01;

2016-06-15

黄俊光(1978),男,硕士,高级工程师,从事基坑及边坡工程设计工作。

TU433

B

1008-0112(2016)06-0025-03