深基坑监测技术方案设计与研究——以淄博高新区石桥棚改配套(二期)建设项目为例

刘海军

(青岛瑞源工程集团有限公司，山东 青岛 266555)

1 工程项目概况与地质环境

本次所选的工程项目为淄博高新区石桥棚改配套(二期)建设项目，该项目场地地形较为平整[1]。地理位置如图1所示。

图1 场地自然地理位置图

其中轨道预留车站长740 m，标准段宽度22.7 m，开挖深度15.7～18.4 m，盾构井开挖深度为20 m左右，基坑面积为20 000 m2。北下沉广场长90 m，宽32.5 m，开挖深度为9 m左右，基坑面积为3 000 m2。

淄博北站为高铁站，场地内地形平缓，土层岩性成分复杂，土层变化大，主要分布有(0)耕土、(1)1粉质黏土、(1)2 粉质黏土、(1)3 粉质黏土、(1)3-1 粉土、(2)1 粉土、(2)2 细砂、(2)3 中砂、(2)4粉质黏土、(2)5粉质黏土、(2)6中砂、(2)7圆砾土、(2)8粉质黏土等，坑底主要位于(2)3 中砂层，围护桩底主要位于(2)5 粉质黏土层。经调查，本场地地下水可能受附近水厂大量开采地下水影响，地下水位下降较多。雨季地下水位将上升，地下水位变幅为1.0～3.0 m。

2 监测项目及工作内容

项目监测主要内容包括：轨道预留车站深基坑、北下沉广场深基坑。

完成对项目基础地质信息的获取后，对监测项目进行阐述，具体内容见表1。

表1 监测项目及工作内容

3 深基坑建设项目工程风险特点分析

对本次研究的深基坑建设项目进行周边环境条件的分析，该项目场区北侧为淄博北站施工工地，其余方向均为农田和苗圃，场地开阔。现场周围同期施工工程有中铁十一局施工落客平台、匝道桥、广场东西路、车站上覆钢结构；中建八局施工公交车站、长途汽车站，以及淄博北站高铁站房工程[2]。施工道路主要为 S238 和北辛路。

3.1 项目风险源

项目周边西五路正在修建，站前路、站东路、站西路同期施工。施工场地范围内地下管线及地面杆线已改迁，基坑周围无管线。掌握工程周边环境的地质信息后，对建设项目的风险源进行分析，整理分析成果，提出工程在建设施工中存在的风险源，分别为：

(1)雨季施工对工程进度存在干预。

(2)基坑开挖的深度较大，施工作业行为的实施会对土层原有应力状态造成影响，当土层结构出现应力变化后，基坑结构容易发生变形、滑坡、坍塌等风险。

(3)基坑侧壁分布着砂层及圆砾层，土层的稳定性较差，容易引起周边地面环境的沉降。

(4)在对基坑进行开挖时，土体自重应力被释放，坑底部分置于黏性土和砂土中，坑底土体会有一定的回弹。

(5)土质(2)3层为中砂层，土层的扰动敏感性较强，同时，该层混有大量黏性土，一旦遇水渗入该层，其含水量会迅速增加，短时间内会迅速软化崩解，降低结构承载力。

3.2 应对措施

针对上述提出的工程风险，提出下述五个方面的应对措施，分别为：

(1)完成深基坑开挖作业后，应及时做好基坑的支护工作，并跟进对基坑变形的监控，遇到雨季施工时，需要增加监测频率，及时反映基坑变形情况。

(2)及时监测水位，在工程建设区域内设置足够的排水设备，确保基坑安全；(3)按规范设置专人进行基坑安全性、结构稳定性的监测。

(4)对于自稳能力弱的砂层及圆砾层重点地段，进行重点监控，特别是雨季，应加强监测频率。

(5)按照基坑开挖施工进度，密切关注坑底隆起，特别是基底标高在中砂的部分地段重点防控。

4 深基坑监测技术方案设计

4.1 深基坑监测点位布设

在对深基坑监测技术方案进行设计时，以淄博高新区石桥棚改配套(二期)建设项目为例，针对其深基坑监测点位进行布设。本次监测方案共布设监测控制点4个，工作时还需要根据工程实际布设若干工作基点，监测点共计布设679点(其中6个锚索监测点建议布设)。具体为：

(1)桩顶水平位移点埋设74点。

(2)桩顶垂直位移点埋设74点。

(3)桩体变形测斜孔埋设74点。

(4)地下水位观测孔埋设37点。

(5)坑底隆起观测点埋设10点。

(6)地表沉降观测点埋设296点。

(7)立柱倾斜观测点埋设28点。

(8)立柱竖向位移观测点埋设28。

(9)支撑轴力观测点埋设48点。

(10)建议锚索拉力监测6点。

本次监测方案共布设监测控制点4个，工作基点需要根据现场实际进行布设若干点，采用二等方法进行校核后开展工作[3]。针对基准点，采用钻机钻孔的方式进行埋设，向孔内打入直径为48 mm的钢管，并浇灌C20细石混凝土，最后通过焊接的方式将钢板焊牢(基准点预埋标)与钢管连接。基准点埋设示意图如图2所示。

图2 基准点埋设示意图

本项目地表沉降观测点埋设296点、桩顶垂直位移点埋设74点，立柱竖向位移观测点埋设28点、坑底隆起观测点埋设10点。采用二等水准路线进行监测，监测过程中为了确保精度要求，需要设立若干工作基点，形成水准路线网，并进行水准网平差计算[4]。沉降点埋设主要通过钻孔并打入沉降测头的形式实现。

4.2 确定监测方案

在完成对深基坑监测点位的布设后，明确具体的监测方案。

首先，确定监测方案中的初始值：需要确保监测项目当中至少连续2次测得的数据一致，并在得到这一结果后，计算得出其平均值，将平均值作为其初始值。具体而言，检测方案为：在监测过程中，将基准控制点作为监测基准，并在监测时确保基准控制点的高程始终保持不变，并且检查周期不得大于30 d[5]。针对沉降问题的监测的具体步骤为：

第一步，明确监测流程；

第二步，记录；

第三步，针对沉降点的沉降值进行计算，其公式为：

△ht(1,2)=△ht(2)-△ht(1)

(1)

式中：△ht(1,2)为沉降点的沉降值；△ht(2)为沉降点高差；△ht(1)为基点高差。

第四步，按规定要求完成周期水准观测；

第五步，在确保标尺分划线成像清晰，并且稳定情况下完成观测；

第六步，对各周期观测异常或点位变动情况进行记录，并完成草图绘制。

在对水平位移监测点进行监测时可采用视准线法来实现。视准线法水平位移监测示意图如图3所示。

图3 视准线法水平位移监测示意图

图3所示的监测方法可适用于深基坑结构中直线边与直线支撑杆结构水平时[6]。针对监测点较零乱、不在同一直线上的情况，可采用小角度法完成监测。

4.3 绘制深基坑工程监测频率表

针对本项目在确定其监测具体实施方案后，针对监测频率进行设计，并绘制深基坑工程监测频率表，见表1。

表1 深基坑工程监测频率表

本观测次数按照《淄博高新区石桥棚改配套(二期)四标段项目基坑监测技术服务》具体施工期确定，初步监测天数为180 d，具体观测次数可根据观测数据日变化量进行调整[7]。为了更好配合施工进程进行监测，按基坑施工段的不同进程进行划分，主要分为标准段基坑监测和站台段基坑监测，各分段监测频率及次数如下：

(1)针对标准段基坑监测频率确定为：标准段东侧基坑，总计观测次数189次；标准段西侧基坑：总计观测次数200次。

(2)针对站台段基坑监测频率确定为：站台段基坑，总计观测次数180次。在对观测次数进行详细划分时，应当根据开挖深度以及施工阶段对其观测间隔进行明确[8]。以标准段东侧基坑为例，当开挖深度不大于5 m时，施工15 d，每3 d观测1次，总计观测5次；当开挖深度5～10 m时，施工15 d，每2 d观测一次，总计观测8次；当开挖深度为10～15 m时，施工20 d，每1d观测1次，总计观测20次；当开挖深度大于15 m时，施工20d，每1d观测2次，总计观测40次；当主体结构施工时，施工172 d，每2d观测1次，总计观测86次；当主体结构施工结束后，观测3个月，每3d观测1次，总计观测30次。

依此类推完成上述另外两个基坑结构的监测频率设计，本文在此不进行过多赘述。同时，在实际监测过程中，若出现特殊情况，则需要对监测力度进行强化，并适当提高监测频率。

4.4 监测预警等级划分与预警流程设计

在监测过程中，结合监测变化量指标和变化速率指标针对其预警等级进行划分，共分为4个预警等级，其危害程度从小到大，依次为四级、三级、二级和一级，分别对应绿色、黄色、橙色、红色，其中绿色预警等级为上述2项指标均未超过控制值的70%；黄色预警等级为上述两项指标均超过控制值的70%或之一超过80%；橙色预警等级为上述2项指标均超过控制值的80%或之一超过90%；红色预警等级为上述2 项指标均超过控制值，或变化速率急剧增加[9]。对于预警信息的报送，每日监测数据应于当日16∶00前将相关数据上传至风险预警系统及电子版资料发送到监理及施工单位。在申请黄色或橙色等级的消警时需要提交以下资料：施工单位、监测单位提供的收敛到正常变化范围内的监测数据；整改处理落实情况；消警申请单[10]。在申请红色等级的消警时需要提交以下资料：现场警情分析会纪要；消警申请单，并且需要由监理单位形成会议纪要，轨道公司工程管理部门与安质部备案。

5 实例应用

为了简化实验结果，以桩顶水平位移监测为例，根据基坑沉降预警值，进行监测结果的输出(此次监测以8 d为一个周期)。监测点布置如图4所示。

图4 监测点布设示意图

整理实验结果，如图5所示。

图5 桩顶水平位移监测结果

从上述实验结果可以看出，桩顶水平位移<日报警值(2 mm)，且8 d位移总量<预警值(14 mm)，未达到预警界限，因此无须进行工程项目的返工。通过上述实验证明了本文设计的监测技术方案可以精准获取项目中桩顶水平位移的变化趋势，即监测效果良好。

6 结束语

上文完成了对深基坑监测技术方案的设计研究，并证明此方案可以实现对项目中桩顶水平位移的变化趋势的获取，为了进一步实现对此类工程的优化，可在后续的研究中，增加对站台段的锚索单元进行监测，确保站台段施工安全；建议采用BIM 对基坑建模，并把监测数据建立数据库，同BIM模型联系，可以再现基坑施工过程的变形演化，同时也为后续整个工程的全生命周期的演化奠定数据基础。基于此种方式，为相关施工项目的安全建设提供保障。