基坑围护结构监测分析

摘 要：【目的】为了保障基坑施工安全，需要对基坑围护结构实施变形监测并对变化规律进行研究。【方法】以新乡市某房建工程深基坑开挖为对象，结合当地地质情况，通过建立变形测量控制网，对基坑开挖过程中围护结构形变情况及周边建筑物沉降情况进行定期监测。【结果】研究表明，围护结构墙体向基坑内位移趋势明显，位移极大点随开挖深度下移，本基坑最大位移离开挖面向下1～2 m；周边建筑物变形位移量与至基坑的距离具有相关性，距离远则沉降量小，距离近则沉降量大，土方回填结束后沉降趋于稳定。【结论】针对基坑监测探讨了三类常见问题并提出了纠正措施，提高了基坑监测技术应用的有效性，保证了基坑施工过程的稳定性与安全性。

关键词：基坑施工；变形监测；围护结构；建筑物沉降

中图分类号：TU753" " "文献标志码：A" " "文章编号：1003-5168（2024）13-0065-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.013

Monitoring Analysis of Foundation Pit Retaining Structure

FENG Linlin ZHANG Bonan LIU Bin

（China Construction Seventh Engineering Bureau Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000，China）

Abstract： [Purposes] In order to ensure the safety of foundation pit construction， it is necessary to monitor the deformation of foundation pit retaining structure and study the variation law. [Methods] Taking the deep foundation pit excavation of a housing construction project in Xinxiang City as an object， this paper combines the local geological conditions， and carries out regular monitoring of the deformation of the enclosure structure and the settlement of the surrounding buildings during the excavation of the foundation pit by establishing a deformation measurement control network. [Findings] It was found that： the wall of the enclosure structure to the pit displacement trend is obvious， the maximum displacement point moves down with the excavation depth， and the maximum displacement of the foundation pit is 1 ～ 2 m away from the excavation face; the settlement is small when the distance is far， and the settlement is large when the distance is close. The settlement tends to stabilize after the end of the backfilling of the earth.[Conclusions] This study discusses three types of common problems and proposes corrective measures for pit monitoring， which improves the effectiveness of the application of pit monitoring technology and ensures the stability and safety of the pit construction process.

Keywords： pit construction; deformation monitoring; enclosure structure; building settlement

0 引言

随着我国城市化建设的发展，土地资源日趋紧张使充分开发利用地下空间成为城市化建设的目标之一［1］。随着地下空间开发的不断推进，基坑工程在数量上急剧增加，深度规模也不断加大，同时基坑工程事故也频发。唐业清等［2］对160起基坑事故进行调查统计，统计结果表明造成基坑事故发生最主要的原因是设计和施工问题，两者占总数的80%以上。

合理的支护方案［3-4］、准确的监测分析［5-6］、完善的施工技术［7］是基坑工程安全施工的保障。如何在狭小且紧邻建筑物的复杂环境下组织施工，在保证基坑工程安全性的同时有效地控制周边建筑物和土体的变形，这些都对基坑工程的设计和施工提出了更高的要求。本研究通过定期监测基坑施工的形变数据，及时发现和预测危险情况，并评估危险的发展阶段，为修正设计方案和保证施工安全提供可靠的数据支撑。

1 工程概况

该项目由10栋建筑物和一个大型地下车库组成，建筑面积约10 000 m2。本次监测数据选用地下车库基坑开挖阶段所测数据，基坑周边环境复杂，5#至7#楼及10#楼主体均已施工完毕，建筑高度达125 m，北侧10#楼与开挖基坑仅相隔 1.0 m，东侧5#至7#楼距基坑仅2.0 m，这四栋楼是本次监测的重点部位，南侧是大王村，西侧是京广铁路，离基坑边缘约50 m。

基坑设计开挖深度约10 m，主要采用钻孔灌注加钢支撑作为挡土结构，采用深搅拌桩作为止水帷幕。设计要求基坑内土方分层、分块对称开挖、先撑后挖，挖到设计标高时辅碎石并浇筑混凝土垫层。本基坑工程主要特点为周边环境复杂、支护面积大、周期长。工程概况如图1所示。

2 基坑监测方案

根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497—2019）规定，基坑开挖深度大于等于5 m或小于5 m，但地质情况和周围环境复杂，以及需要监测的基坑工程都应进行基坑监测。为保证建筑基坑在整个施工和使用过程中安全可靠，并能较好反映监测对象的实际状态及其变化趋势，需要进行的主要变形监测项目包括水平位移监测、竖向位移监测、深层水平位移监测和倾斜监测等。

2.1 控制网布设

控制点的布设点位应根据监测点的分布情况来确定，每个单位工程至少应有三个相对稳定的控制点，工作基点应选在相对稳定的位置。该工程监测点布置如图2所示。

2.1.1 桩顶水平、竖向位移监测。桩顶圈梁每隔15～20 m左右选择一个点，共10个点，编号为WZ1～WZ10，设钢钉作为测量标志。

2.1.2 周围建筑物沉降观测。10#楼共布设6个沉降观测点，编号为C1～C6。在东侧基坑边缘5#至7#楼每栋布设4个沉降观测点，编号为C7～C18。

2.1.3 深层水平位移监测。钻孔埋设侧斜管，基坑北边埋设2根，东边埋设5根，编号为CX1～CX7，侧斜孔深度为20 m。

2.2 基坑监测预警

基坑监测预警主要包括以下几方面：①基坑围护结构桩顶水平位移、竖向位移变化速率连续3 d达到4.2 mm/d，竖向位移变化量累计值为30 mm，水平位移变化累计值为35 mm。②周边建筑物竖向位移变化速率2 mm/d或连续3 d达到1.4 mm/d，变化累计值为10 mm。③基坑围护结构支撑体系出现过大形变、压弯、断裂；基坑出现渗漏、流沙、管涌、隆起或陷落；基坑围护结构或周边土体的位移出现异常情况等；邻近建筑物的受力部分、周边地面出现可能继续发展以及扩大的变形裂缝或较严重的突发裂缝时。

当出现上列情况之一时，情况比较严重，应立即停止施工，并对基坑围护结构和周边的保护对象采取应急措施［8］。

2.3 基坑监测方法

在基坑监测中，建筑物及基坑围护结构的竖向位移采用水准仪测量，水平位移采用经纬仪测量，围护桩体深部水平位移采用测斜仪测量。

2.3.1 水平位移监测。水平位移常用观测方法有小角法、视准线法、导线法、前方交会法等，本监测采用视准线法。视准线法是沿基坑的每条直线边建立轴线，并在直线边上布设水平位移点，将轴线用经纬仪投影至地面上，用钢尺测量位移点到轴线的偏距E，某监测点本次E值与初始的E值之差值即为该点累计位移量；本次E值与前次E值的差值为该点本次位移变化量。视准线法的特点是操作简单，工程造价低，但精度低，不易实现全自动观测，受外界条件影响大。

2.3.2 竖向位移测量。竖向位移监测即沉降观测，一般有几何水准法、液体静力水准法和三角高程等方法。根据本工程的结构和地段特点，选择几何水准法。在远离基坑区稳定的地方选择3个基准点，用二等水准精确测量其高差。在各监测点与工作基点之间采用二等水准进行观测，观测2次取均值作为监测点的初始高程，上一次高程减去本次高程作为本期沉降量，初始高程减去以后每次高程为累计沉降量，向下为沉降的正方向［9］。

2.3.3 深层水平位移监测。基坑开挖前，由钻机在选定的点位上钻孔到预定深度，将PVC侧斜管埋入土体后填实。测量时，将BC-1型应变式测斜仪（灵敏度为[0.48 mm/με0]）探头与标有刻度的信号传输线连接，信号线另一端与AY02型电阻式应变仪相连，将测斜仪沿管内的定向槽放入管中滑至管底，每隔0.5 m距离向上拉线读取数据，倾角的变化由电信号转换，经处理换算后推算出测斜管各测点的位移值。

3 基坑监测数据分析

3.1 桩顶位移监测数据分析

基坑从3月10日开始开挖，开挖深度约10 m，于5月1日回填土完毕，其间对基坑进行水平位移观测共计52次。基坑土方开挖边线距离北侧建筑物较近，开挖过程中监测点水平位移量大，位移速率明显加快。桩顶水平、竖向位移如图3所示。由图3（a）可知，监测点WZ6、WZ7在3月15日—4月10日基坑向北开挖期间，水平位移变化率逐渐加快，为有效控制位移速率，施工方在观测点WZ5、WZ6至WZ10分别进行了钢支撑加固措施，在4月7日左右变化速率明显减缓。通过分析图3（b）数据得出，监测点WZ4至WZ10累计水平位移量超过预警值35 mm，监测点WZ6-WZ10累计竖向位移量超过预警值10 mm，在施工过程中应加强北侧基坑的变形监测并及早采取控制措施。

3.2 周边建筑物沉降位移监测数据分析

本研究观测周边建筑物沉降共选取了18个点，均匀分布在4栋楼的四个角，其中10#楼布设6个沉降观测点，编号为C1～C6，在东侧基坑边缘3栋住宅楼每栋布设4个沉降观测点，编号为C7～C18。

从3月10日开始对周边建筑物进行沉降位移观测，至4月30日观测结束。基坑采用分层开挖，开挖方向由南向北，由西向东。在节点3月31日，第一层土方开挖至基坑北侧及东侧边缘，基坑周边建筑物每周沉降趋势如图4所示。由图4可知，此段时间5#、6#、7#、10#楼平均沉降速率达0.3 mm/d，未达到监测预警值2 mm/d，属于沉降可控范围内。此后继续开挖第二层土方，由图4可知，此后四栋楼沉降速率明显加快，平均沉降速率达0.36 mm/d。为保证开挖安全性，降低累计沉降量，采取钢支撑加固围护措施并放慢开挖速度，从4月7日开始，经过连续观测，累计沉降量呈收敛趋势并趋向稳定。

周边建筑物沉降观测点累计位移量除C1点，其余点都超过了预警值10 mm，其中累计位移量较大的为11.5 mm（C4、C10）和11.6 mm（C6），均离基坑边缘较近。在基坑开挖完成后，依据监测数据对每栋楼进行了南北向沉降差计算，其中5#楼为0.5 mm，6#楼为0.4 mm，7#楼为1.3 mm，10#楼为1.8 mm，均未超过预警值20 mm，同时对四栋楼进行裂缝观察发现，墙体无裂纹。当监测点累计沉降量达到预警值时应及时暂缓施工，寻找异常原因，待消除安全隐患后再进行开挖工作。

3.3 深层水平位移监测数据分析

由测斜管水平位移值分析可知，在基坑深度10 m以内，桩体的水平位移量变化较快，10 m以上逐渐减少，20 m深时基本无位移变化。其中桩体最大位移量存在于距离自然地面下2.0 m处，累计总位移变化量达27 mm，小于预警值35 mm，基坑开挖处于可控范围内。深层土体监测点变形曲线如图5所示。由图5可知，在基坑开挖过程中，桩体出现了一次较大的位移变化，是在节点3月31日，第一层土方开挖至基坑北侧及东侧边缘时，由于斜撑下三角形支撑土体卸去，导致桩体向内产生6～7 mm的位移量，在采取加固内支撑措施及放慢开挖速度后，位移量逐渐降低。

结合桩顶水平位移监测数据，在开挖时间段3月24日— 4月14日，桩顶的平均日位移量为1.07 mm/d，桩身5 m以内平均日位移量为1.21 mm/d，可见在基坑开挖过程中，桩身因受到土压力产生了不均匀水平位移，容易产生桩身倾斜及断裂风险，当位移量变化较大时，应采取措施对土体进行加固，减少位移风险。

4 基坑监测常见问题

4.1 监测风险源识别不清

基坑周边环境调查不充分造成风险源识别不全面。因此，在基坑监测方案编制前，应结合地质报告，进行现场实地踏勘，了解地层特性。对周边环境，特别是对周边建（构）筑物、地下管线、地面地下轨道设施、市政桥梁、水体、堤坝等进行现场定位及资料收集［10］。根据基坑监测要求，核对设计图纸基坑监测范围是否合理，监测点布置是否符合规范和现场条件。

4.2 基准点和工作基点的布置和埋设不规范

基准点与工作基点埋设在不稳定地层或基准点布设位置在基坑开挖影响之内，造成监测数据不稳定、不可靠，导致无法真实反映基坑开挖位移变化情况。因此，基准点埋设要根据地质条件及保护对象和基坑开挖深度确定其到基坑边距离，不得埋设在基坑开挖影响区内，埋设距离一般在距基坑边5倍开挖深度以外，在软土地层可设置更远些。同时，基准点与工作基点的埋设要牢固可靠。

4.3 轻视现场巡检

在实际工作中轻视对基坑工程现场的巡视检查，检查内容不全面、频率低。现场巡视是工程安全监测及预警的重要辅助手段。尤其在大雨天、大雾天等自然条件差不方便监测设备进行工作时，现场巡视的作用更加明显。通过仪器监测可以取得定量的数据，用于定量分析。巡视检查则更加及时，可以起到定性、补充的作用，从而避免片面地分析和处理问题。

5 结论

本研究以新乡市某房建工程为例，对基坑开挖时支护结构体系受力情况和形变情况及周边建筑物的沉降情况进行分析得出以下结论：①围护结构墙体向基坑内位移趋势明显，位移最大点随开挖深度的增加向下移动。②变形位移量与至基坑的距离呈负相关，基坑开挖过程中北侧监测点较东侧监测点水平位移量大，位移速率快。基坑监测过程中，应对基坑常见问题进行规避，才能够保证监测数据的准确性，并反映基坑真实形变情况，有利于科学决策。

参考文献：

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