深基坑施工中基坑监测技术的应用

许俊杰

（福建省地质测绘院，福建 福州 350011）

随着建设进程的深化和对地下空间的需求增加，新建项目都涉及地下空间的开发利用。为了充分利用建筑用地，深基坑逐渐增多，施工作业场地相对紧凑，对于复杂的地质环境和周边已有建筑的情况，基坑施工的安全稳定需要被重点关注，对深基坑作业的要求也越来越高[1]。为了顺利完成深基坑施工作业，一方面应该合理选择开挖方式和支护体系，另一方面需要通过监测技术实时掌控基坑变形情况，通过监测数据的分析，预测基坑施工的稳定性倾向，在出现失稳隐患或安全隐患时做出预警[2]。本文以福州市某电力公司运营大楼为例，对深基坑施工作业进行分析研究，讨论在施工场地受限的情况下，符合项目实际情况的作业方式，然后确定深基坑监测方案，以保证施工过程中的稳定性和安全性。

1 项目概况

福州市某电力公司运营大楼，位于福州市区西北部，总用地面积14 348 m2，容积率2.50，其中地下建筑面积为10 350 m2，建筑总高度为67.5 m，建筑东西轴线长度为68 m，南北轴线长度为78 m。工程所在地为侵蚀岗坡地貌，基坑整体开挖深度为7.2 m，属于深基坑施工。待施工基坑周边存在5 栋已有建筑，且基坑的东北角有一栋3 层砖混式楼房，距离基坑边线最近直线距离仅为9 m，基坑施工过程中，需要重点关注该建筑的沉降。经勘察分析，施工场地的土质层次结构见表1。

表1 施工场地的土质层次结构

2 深基坑支护分析

2.1 盆式挖土作业

由于该电力公司运营大楼位于市区，周边已有部分建筑，施工场地较为紧张，基坑不能采用常见的放坡开挖施工方式。盆式挖土作业先挖掘基坑中间部分的土方，四周预留反压力土坡，其作用与放坡开挖方式的边坡类似，可以实现内支撑[3]。中间部分的土方挖掘完成后，先进行底板施工，待底板完成后再开挖周边土坡。

2.2 预应力支护

随着基坑持续开挖，四周的水土压力会持续增大，仅依靠四周预留反压力土坡难以实现基坑边坡稳定，为此必须加以支撑[4]。工程采用预应力支护体系，该支护体系耐久性良好，经济性良好，施工方便，施工速度较快，主体型材可以回收循环利用，具有良好的环保性能。

3 深基坑监测技术应用

3.1 监测方案

深基坑施工是一项综合性的工程，监测技术的应用主要是为了保障施工过程中的稳定性和安全性[5]。由于电力公司运营大楼周边已存在5 栋建筑，且基坑的东北角近距离已有建筑，其中一栋3 层砖混式楼房距离基坑边线最近直线距离仅为9 m，需要对基坑施工进行全程监测。深基坑监测内容主要包括对基坑周边环境的监测和对支护结构的监测。

3.1.1 对基坑周边环境的监测

对基坑周边环境的监测主要针对周围建筑物的竖直沉降量。考虑最不利情况，应选择距离基坑最近的点或者建筑物的角点[6]。为此，将A1～A4 监测点设置在基坑四边中点对应的建筑物处，将A5、A6 监测点设置在基坑东北角两处建筑物的角点处，这两处距离基坑边线最近，分别为11 m 和9 m，属于需要重点监测的位置。基坑开挖施工前期，每天监测一次，至支护完成后，每两天监测一次。

3.1.2 对支护结构的监测

深基坑的支护结构是钢板桩，应对支护结构变形进行监测，主要内容是支护结构的水平位移和钢支撑结构的轴力[7-8]。监测点设在受力最大的部位，共设置8 处监测点，其中B1～B3、B4～B6 分别均布于基坑的两个长边，B7、B8 则设置在基坑的两个短边的中点位置，同时在上述4 个基坑边沿的中点位置设置立柱的竖向位移监测点C1～C4。钢支撑结构轴力监测点设置在基坑4 个边线的中点，且位于最上层支撑处，分别编号D1～D4。自支护结构完成后开始监测，每天监测一次。监测点的布置见图1。

图1 监测点布置图

基坑监测的控制标准见表2。

表2 基坑监测控制标准

3.2 周边建筑物沉降监测

根据上述基坑监测方案，自5 月10 日基坑开始施工之日起对周边建筑物的沉降量进行监测，将连续30 次的监测记录绘制成沉降量累积曲线，见图2。

图2 周边建筑物竖向沉降量累积曲线

周边建筑的累积沉降量最大值为2.9 mm，发生在A6 监测点，即基坑东北角处建筑物，距离基坑边线最近处为9 m。通过沉降量累积曲线可以看出，该监测点的沉降较为迅速，施工8 d 后，即达到最大沉降量，然后一直稳定在2.9 mm。其原因可能是该建筑角点的局部地质较为特殊，建成后一直未沉降完全，受此次基坑开挖施工影响，出现较大幅度的沉降。但该值未超出沉降控制标准值10 mm，也未达到预警值6 mm，整体而言，安全可控，基坑开挖非常稳定。同样在基坑东北角，距离基坑边线为11 m 的A5 监测点，沉降量最大为2.2 mm，反映出距离基坑越远，沉降量越小的规律。而且该监测点处沉降较为缓慢，直到20 次监测后才保持稳定，也说明此局部区域的地质可能较为特殊。A1、A2 监测点处的数据显示基坑的西侧和南侧，沉降量非常小，累积数值稳定在0.5 mm 左右，也反映出基坑的西侧、南侧地质结构较为稳定。A3、A4两处监测点的沉降情况基本相同，沉降量最大值为2.3 mm，均小于预警值，也小于控制标准。

3.3 支护结构水平位移监测

根据上述基坑监测方案，自5 月20 日开始对基坑支护结构的水平位移进行监测，将连续30 次的监测记录绘制成水平位移累积曲线，见图3。

图3 支护结构水平位移累积曲线

通过对监测数据进行统计分析可知，支护结构的最大水平位移发生在B2 监测点，最大值为9.1 mm；其次为B5 监测点，最终稳定值为8.2 mm。二者分别发生在基坑两个长边的中点处。而两个短边中点处，水平位移量相对较小，但是变化缓慢，趋于稳定的时间较长。对于基坑的连续边线，中点位置处变形量最大，围护结构受力较大，需要加强支护，保证基坑稳定。水平位移的最大值小于预警值18 mm，也小于控制标准，基坑在施工期间，支护结构处于稳定的状态，可保证施工安全。

3.4 支护结构竖向位移监测

同支护结构的水平位移监测一致，自5 月20日开始对基坑支护结构的立柱的竖向位移进行监测，将连续30 次的监测记录绘制成位移累积曲线，见图4。

图4 支护结构立柱的竖向位移累积曲线

由图4 可知，支护结构的立柱最大竖向位移最大值为4.4 mm，其他3 处监测点的最终稳定值较小。支柱竖向位移的最大值小于预警值6 mm，小于控制标准值10 mm，同样表明，在施工期间支护结构处于稳定状态。

3.5 钢支撑结构轴力监测

基坑四周的土压力最终由钢支撑结构来承担，若支撑构件的轴力超过允许值，会导致支撑体系失稳，甚至引发事故，因此，对钢支撑结构的轴力监测至关重要。将轴力监测数据绘制成曲线，见图5。

由图5 可知，钢支撑结构的轴力随着监测次数的变化而变化，在支撑结构安装完成后，有一个大致相等的初始轴力，随后轴力不断增大，最终趋于稳定。钢支撑结构的最大轴力为1 455 kN，远小于预警值9 000 kN 和控制标准值15 000 kN。因此，钢支撑结构体系是安全稳定的。

4 结论

结合福州市某电力公司运营大楼的施工项目，对深基坑施工中的基坑监测技术进行分析研究，得出如下结论。

1） 监测技术可以保障深基坑施工过程中的稳定性和安全性，监测内容应包括对基坑周边建筑的沉降监测和对支护结构的监测。

2） 监测数据表明基坑周边建筑的累积沉降量最大值为2.9 mm，小于控制标准和预警值，基坑施工作业安全稳定，整体可控，对周边建筑的影响较小。

3） 支护结构水平位移和竖向位移，最大值分别为9.1 mm 和4.4 mm，均小于预警值和控制标准，施工期间支护结构处于稳定的状态；钢支撑结构轴力最大值为1 455 kN，远小于安全阈值，钢支撑结构体系安全稳定。