基坑监测方法研究及基坑变形特性总结

(浙江工业大学 建筑工程学院 浙江 杭州 310014)

基坑工程是一个古老而又具有时代特点的岩土工程课题。随着我国高层及超高层建筑的发展和人们对地下空间开发和利用的日益增多，基坑工程不仅数量增多,而且朝着更大、更深的方向发展。我国目前大量的基坑工程集中在市区,施工场地狭小，周围环境条件复杂,基坑工程不仅要保证围护结构本身的安全,而且要保证周围建(构)筑物的安全和正常使用。因此对基坑工程开展现场监测及进行基坑工程变形特性研究,对基坑工程中的变形量预测和优化施工措施等具有重要意义。

一、基坑监测的重要性

人类工程建设活动通常是在地球表面的岩土体上进行，由于岩土体存在严重的各向异性，且其应力状态一旦改变将引发的力系重新分布,对岩土体的这一不可预知性需要有个认识过程。现行规范对各种岩土计算理论都是建立在假设边界条件或理想状态下进行的。基于以上原因，设计方案在实施过程中遇到未考虑的因素出现是难免的，其影响后果有时甚至是严重的。

在这种情况下，在施工过程中对周围岩土体内部应力、变形及构筑物内力、变形进行监测，并对结果进行专业分析，可以及时发现施工中出现的隐患，并可以对其发展趋势进行有效的监控，从而为进行安全补救措施提供科学依据和充足的时间，保证建筑施工安全进行。

对于平时的科学研究而言，进行监测资料的采集可为有限元分析模型提供必要的数据支撑；可为基坑抗隆起稳定极限上限法分析提供计算数据；可为基坑隆起和抗隆起模型试验进行数据对比从而判断其合理性。因此，无论对于工程施工或课题研究，进行现场监测是十分必要的。

二、基坑变形特征及相互联系

随着土体开挖，受支护的基坑边壁由于开挖卸荷打破了力的平衡，导致了支护结构及土体的侧移协调变形。从而引发了支护墙后一段范围土体向下滑动产生了地表沉降。随着基坑开挖深度的不断增大，这种向下滑动的沉降挤压基坑外侧的土体，当基坑插入深度不足时，基坑内部的土体受到外侧土体的挤压作用出现坑底隆起。因此工程开挖过程中基坑的变形主要由围护结构位移、周围地表沉降及基坑底部隆起三部分组成这三者之间是存在联系，相互耦合的。而在工程上，除了坑底隆起值难以监测外，三者之间联系主要表现在地表最大沉降值与围护结构最大侧移值、围护结构最大侧移深度之间的联系，这也是目前基坑变形特性研究中主要使用的监测值。

三、监测实例总结

针对基坑变形，目前已有大量的学者基于监测数据分析进行研究，不同学者选取不同地区的某一个或者某一类工程进行变形特性分析，且不同工程所采取支护形式也有所不同，通过控制变量对比分析一类工程地质条件下的基坑变形特性，各自有如下研究成果：

宋顺龙[1]重点对宁波轨道交通1号线一期工程13座地下2层车站基坑的墙体最大水平位移及墙后最大地表沉降进行研究，分析基坑墙体水平位移、墙后地表沉降的变化规律以及墙后地表沉降与墙体水平位移的关系。结果表明:基坑墙体水平位移及墙后地表沉降均较大，其中墙体水平位移平均达0.46% H，墙后地表最大沉降平均值达 0.7% H;墙后地表沉降呈现为“凹槽形”，地表最大沉降位于(0.5 ～1.0)H 范围内;墙后最大地表沉降与墙体最大水平位移比值的平均值为 1.71。

武朝军等[2]对典型车站基坑的实测数据进行统计，发现以地下连续墙或咬合桩为围护结构的顺作法车站基坑围护结构最大侧移平均值均约为0.16%H，墙后最大地表沉降平均值为0.13%H；最后用三维数值分析的方式对具有代表性的苏州乐园站基坑的施工进程进行数值模拟，发现随着开挖深度的增加，开挖至坑底后围护墙下端出现明显的踢脚现象。

乔亚飞等[3]收集了无锡市轨道交通一号线地铁车站深基坑工程的实测变形资料，统计分析了无锡地区以地下连续墙为围护结构的深基坑变形特性。结果表明，围护结构的最大侧移介于0.05%H和0.25%H之间，平均值约为 0.12%H，最大侧移位置介于0.7H 到1.1H之间，均值约0.9H；周边地表沉降介于0.05%H 和0.13%H之间，平均值约为0.09%H；H为开挖深度。

王建华等[4]收集了上海市区31个支护结构与主体地下结构相结合深基坑工程的实测变形资料，从统计角度探讨了支护结构与主体地下结构相结合深基坑围护结构的变形特性。结果表明，围护结构最大侧移介于 0.1%H 和 0.6%H 之间，平均值仅为0.25%H，H为开挖深度；且围护结构的最大侧移一般位于开挖面附近。进一步分析了墙底以上软土层厚度、围护结构插入比、支撑系统刚度、坑底抗隆起稳定系数及首道支撑的深度位置等因素对围护结构变形的影响。

李淑等[5]对北京地铁 30 个明挖车站的现场实测数据进行统计分析，并将分析结果与国内外类似工程进行对比。研究表明：(1)北京地铁车站深基坑开挖引起的地表变形最终表现为“凹槽形”。最大沉降发生在拆除坑底以上 1～2 道支撑时，距基坑侧壁10～15m。(2)地表最大沉降值随开挖深度的增大而增大，随插入比的增大而减小，为(0.034%～0.316%)H，平均值为0.1%H。(3)地表最终变形值小于最大变形值。75%的测点最终沉降为0～20mm，沉降大于30 mm的测点很少，仅占 1.93%。(4)基坑开挖在引起地表沉降的同时还会导致地面隆起，但隆起值随开挖深度的加大而减小，最终的隆起量和隆起测点数较小。

四、基坑特性研究总结

通过对大多数监测实例的研究，本文对基坑开挖过程中的变形特性做了以下概括：

(1)围护结构最大侧移值，地表最大沉降值，围护结构最大侧移深度为目前进行基坑变形特性研究中用以反映基坑变形使用最多的三个监测值，未来项目基坑监测过程中也应重点监测。

(2)基坑工程变形特性影响因素复杂多样，相互影响因素之间存在一定耦合关系，插入比，开挖深度，围护结构刚度等影响因素目前被运用最多，因此这三者监测数值值得被重点监测且应做详细记录。

(3)基底隆起、地表沉降、墙体侧移三者之间在工程性状上的联系可由基底抗隆起稳定系数、墙体最大变形值、地表沉降最大值表现。三者之间关系可以墙体最大变形值为中间值两两建立联系，针对墙体最大变形值与地表沉降最大值之间的联系，则需考虑不同支护结构，不同工况等带来的影响。