涉水墩基坑监测数据分析

周 浩，黄 腾，令晓博，张文祥

（1.河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210000）

随着我国经济的迅速发展，大型建筑的快速构建，建筑物基坑朝着大面积、高深度的方向发展，周边环境也变得愈加复杂[1]。基坑开挖过程中将会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形等，不仅会危及基坑本身安全，而且还会危及周围建（构）筑物，造成巨大的经济损失和人员伤亡[2]。为保证基坑开挖的安全性，为后续基坑工程提供参考资料和设计方案，基坑监测必不可少[3]。

每个基坑监测项目数据都有其特点，且深基坑作为一个整体，各监测项目之间必然存在一定的客观规律[4-5]，分析各数据对应基坑施工阶段是否合理也是保证基坑安全施工的必要环节[6-7]。本文以纬七路桥梁施工8#、9#水中墩钢板桩围堰基坑监测项目为例，通过对其钢板桩形变、支撑轴力和测斜等监测项目的数据研究，总结了水中深基坑施工过程中监测数据的变化规律以及基坑监测工程需要注意的事项。

1 工程概况与地质条件

纬七路东进二期工程桥梁施工（SG1标）为纬七路二期工程的一部分。设计起点为常家圩（桩号K7+235.08），终点为宁杭高速高桥门立交，线路途经外秦淮河和友谊河路交叉口，全长约1.08 km。工程监测的钢板桩围堰为跨外秦淮河连续梁8#、9#墩，由C、A、J、B、D线5个桥墩基础组成，8#墩基坑深度（水面至承台底）为10.2 m，9#墩基坑深度（水面至承台底）为7.7 m，其中8#墩为钢板桩围堰的控制性墩位。场地内各土层工程地基土渗透性评价见表1。根据地下水的赋存、埋藏条件及其水理性质，本次勘察揭示的地下水类型主要为孔隙潜水和微承压水，由于多为低塑性土，因此渗透性较好，含水量较丰富。

表1 地基土渗透性评价一览表/(cm/s)

2 基坑监测方案

2.1 测点布置

1）围护结构顶部水平位移和沉降（共点）：8#、9#墩围堰基坑各布设围护顶部水平位移和沉降监测点8个，共计16个围护结构顶部沉降监测点，间距为10～15 m。

2）周边地表沉降：8#、9#墩围堰基坑于河岸侧各布设周边地表沉降监测点6个，共计12个点。

3）土体深层水平位移：9#墩基坑于河岸侧水平位移监测点对应位置布设测斜管3根，监测基坑的土体深层水平位移。

4）由于8#墩基坑无法布设测斜管，2016-03-06在8#墩钢板桩近河侧北部（XB3）和中部（XB2）各布设一列反射片，测点间距为1 m，每列6个点，监测钢板桩的形变。

基坑监测各点位置如图1、2所示。

图1 9#墩基坑布点图

图2 8#墩基坑布点图

2.2 监测方法

1）监测基准网布设。本项目在围堰基坑周边选择现有高程控制点作为监测基准，并在两侧基坑周边约60 m处分别布设了3个工作基点（J1～J3），基准点与工作基点间布设成闭合水准路线，每个月复测一次，遇到异常情况及时加密复测。由于基准点JZ1与JZ2分别处于秦淮河两岸，采用水准路线观测控制网法实施难度较大，故采用对象观测法进行两岸高程基准点联测，精度亦满足二等水准控制网要求。

2）钢板桩水平位移和沉降监测。由于施工场地内环境条件一般较差，考虑现场情况，项目采用极坐标法观测监测点水平位移，将仪器架设在能通视后视点的任意位置上。观测8#墩围堰基坑时，以BS1、JZ2、BS2、BS3、JZ3为后视点进行设站；观测9#墩围堰基坑时，以BS1、JZ1、JZ2、BS2、BS3为后视点进行设站。利用仪器自带的多测回测角程序对各监测点进行角度和距离测量，平差后计算各监测点的三维坐标，求得各监测点在垂直和水平基坑方向上的变化量。监测示意图见图3。

3）钢支撑轴力。钢支撑轴力量测选择端头轴力计进行轴力测试。将轴力计安装在钢支撑的端点，通过频率接收仪测得轴力计在某一荷载下的自振频率。钢支撑轴力的计算公式为：

式中，K为传感器的标定系数；f0为传感器在支撑受力前的初始自振频率；fi为轴力计在某一荷载时测量的自振频率。

图3 钢板桩水平位移与竖向沉降监测示意图

3 监测数据分析

3.1 地表沉降数据分析

地表沉降监测点累计沉降量—时间曲线如图4所示。通过分析各期地表沉降观测数据可知，T9-D1和T8-D1点波动明显，由于这两点位于施工路口处，经常受车辆碾压以及施工器材放置影响，所以数据失真，排除这两点。除此之外，变化量最大的点位为T9-D2和T8-D2，分别位于两基坑中心侧。由于基坑中心侧存在坑中坑，挖掘深度也在整个基坑中处于最深位置，所以该处地表沉降量最大与工况一致。基坑于2016-03-26底板浇筑完成，后期基坑处于稳定状态，监测数据也均处于平稳状态，所以监测数据也能如实反映施工过程中的基坑变化。

图4 地表沉降累计沉降量—时间曲线图

3.2 围护结构沉降观测

围护结构监测点累计沉降量—时间曲线如图5所示。由于2016-03-01～2016-03-06基坑开挖到第二道钢支撑处，导致钢板桩竖向变化速率较大。T8-C6位于基坑靠河侧中心，因施工影响，暂未安装钢支撑，所以该处沉降速率急剧增加，安装钢支撑和加固防护措施后逐渐趋于稳定。由于2016-03-20～2016-03-26基坑开挖至第三道钢支撑处，导致钢板桩沉降速率再一次急剧加大，与预计一致。截止2016-03-26，基坑底板浇筑完成，后期数据基本处于平稳状态。由图5可知，基坑在动土阶段极不稳定，在架设钢支撑和防护措施前需要加大基坑监测频率。

图5 围护结构累计沉降量—时间曲线图

3.3 围护结构水平位移观测

围护结构水平位移观测点累计变化量—时间曲线如图6所示。通过分析各期数据可知，基坑开挖阶段围护结构部分水平位移观测点极不稳定，其中在2016-03-02～2016-03-12，由于基坑开挖影响累计变化较大，T8-S1、T8-S3在动土阶段一直向坑外移动，与之对应的T8-S7、T8-S5也一直向坑内移动，其原因是由于挖土机在河岸侧施工作业一直向河岸侧方向挖土所致。2016-03-16前基坑中第二道钢支撑尚未架设完成，导致T8-S2、T8-S6均向坑外移动，后期随着底板的浇筑完成，各监测点也都恢复稳定状态。9#墩基坑与8#墩基坑情况大致相同，所以监测数据可大致反映施工工况。

图6 围护结构水平位移累计变化量—时间曲线图

3.4 钢支撑轴力监测

钢支撑轴力累计变化量—时间曲线如图7所示。根据监测数据显示，第一道钢支撑轴力T9-ZL2-1、T9-ZL3-1在基坑开挖初期变化速率较大，而在第二道钢支撑架设完成后，数值恢复平稳，其对应的T9-S2、T9-S6向坑内移动，T9-S3、T9-S5向坑外移动，结果与钢板桩水平位移一致。其余钢支撑轴力对应监测点位情况也基本一致。监测后期，随着钢支撑的拆除，轴力变化略有波动，如T8-ZL2-1轴力值在2016-05- 04出现突变，其对应施工阶段为第二道钢支撑拆除，由此可知，基坑施工阶段与拆撑阶段均为基坑不稳定期，应加大监测力度。

图7 基坑钢支撑轴力累计变化量—时间曲线图

3.5 土体深层水平位移（测斜）观测

土体深层水平位移曲线如图8所示。基坑选取CX2和CX3号孔数据作为代表分析。CX2号孔位为典型的中间宽、两端窄样式，测斜孔对应位置处于9#墩基坑正中心侧；数值正值向坑内，负值向坑外；最大位移量约在5 m深度位置，两端呈波动性减小趋势，约在10 m深度处位移量急剧减小。反观CX3号孔位，为典型的上口大、下端小样式，孔位对应位置处于9#墩基坑最北侧。二者差异可能与地质报告中描述的第四层和第五层的粉质黏土（深度约为 20～30 m）在东西两侧的分布不均有关。所以，基坑测斜数据可在一定程度上反映局部土质好坏情况。此外，土质的透水性也在一定程度上会影响测斜情况，尤其在降水频繁的季节更为明显。

图8 测斜曲线图

3.6 8#墩基坑近河侧形变监测

8#墩基坑近河侧形变监测如图9所示。由于8#墩基坑无法布设测斜管，所以在8#墩基坑钢板桩近河侧北部（XB3）和中部（XB2）各布设一列反射片，采用距离后视点相对距离的方法来监测钢板桩的形变。截止2016-05-17，XB3监测断面在桩顶以下约7 m位置累计向坑内位移约为35.7 mm，XB2监测断面在桩顶以下约8 m处累计向坑内位移约为19.3 mm。该变化与基坑钢板桩水平位移方向完全一致，说明监测数据符合工况，监测方法可行。

图9 8#墩近河侧监测图

4 结 语

1）在深基坑开挖初期，钢支撑轴力值易受外界影响发生突变；在基坑开挖后期，土体深层位移受局部土质、降水等因素影响，累计位移值较大。鉴于此，建议在基坑开挖初期重点监测轴力，开挖后期重点监测测斜。由于轴力的稳定性和监测的便捷性，加强钢支撑轴力的监测是提高基坑安全简单可行的方法。

2）在基坑开挖过程中，地下水位的变动和基坑周边地表沉降密切相关，施工时保持地下水位平稳是防止周边沉降过大的有效措施；且在降水较频繁的梅雨季节，不但应注意基坑周围水位变化情况，而且要注意对地表沉降的监测，防止出现异常。

3）基坑开挖阶段钢板桩的水平位移监测也是监测重点，尤其要分析钢板桩向坑内移动还是向坑外移动，当得出结论与以往基坑监测经验相悖时，需重点关注。

4）施工单位应提高对监测数据的敏感性，在数据出现异常时结合现场巡视情况及时查明原因，并结合数据及时与监测单位分析讨论应对方案；根据项目特点和管理办法，建立快速有效的信息反馈机制，确保监测信息反馈路径畅通。

[1] 蒋宿平.基坑监测技术的研究与应用[D].长沙:中南大学,2010:8

[2] 周二众,刘星,青舟.深基坑监测预警系统的研究与实现[J].地下空间与工程学报,2013,9(1):204-210

[3] 徐杨青,程琳.基坑监测数据分析处理及预测预警系统研究[J].岩土工程学报,2014,36(增刊1):219-224

[4] 缪爱伟,蔡剑韬,廖志坚.上海地区某深大基坑开挖的设计实践[J].福建建筑,2016(4):66-70

[5] 刘兆民.深基坑变形监测体系研究及工程应用[D].大连:大连理工大学,2013:4

[6] 丁智,王达,虞兴福,等.杭州地铁新塘路、景芳路交叉口工程深基坑监测分析[J].岩土工程学报,2013,35(增刊2):445-451

[7] 张营.深基坑监测方法与精度要求研究及其工程应用[D].济南:山东大学,2012:9