劉偉東 趙麗雅

(解放軍理工大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210007)

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北京某工程基坑位移監(jiān)測(cè)分析

劉偉東 趙麗雅

(解放軍理工大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210007)

結(jié)合北京某工程的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件，從監(jiān)控點(diǎn)的布置、測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)、監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)分析等方面，介紹了基坑變形監(jiān)測(cè)體系的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)觀測(cè)誤差作了分析，指出精度滿足基坑監(jiān)測(cè)的要求，對(duì)今后類似基坑工程的安全監(jiān)控具有參考價(jià)值。

深基坑，位移監(jiān)測(cè)，高程基準(zhǔn)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)

0 引言

基坑開挖會(huì)對(duì)周邊建筑物帶來不利影響：一是基坑開挖使建筑物的基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降和位移，引起建筑物結(jié)構(gòu)破壞；二是支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力發(fā)展到一定程度會(huì)使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和破壞。因此，研究基坑開挖對(duì)臨近建筑物的影響具有重要意義。

基坑開挖對(duì)鄰近建筑物影響問題，涉及到基坑、土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)等多方面，分析過程中包含各系統(tǒng)相互影響、相互作用，研究任務(wù)復(fù)雜、計(jì)算量大。從力學(xué)角度分析，基坑開挖對(duì)鄰近建筑物影響，首先是基坑與土體之間的關(guān)系即基坑開挖引起坑外土體沉降和位移，其次是坑外土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系即坑外土體位移與支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的耦合作用，最后是建筑物基礎(chǔ)與其上部結(jié)構(gòu)的關(guān)系即建筑物基礎(chǔ)在基坑開挖過程中的附加位移和內(nèi)力使其上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加位移和內(nèi)力影響建筑物的穩(wěn)定和安全。

1 工程概況

該工程位于北京市區(qū)中心位置，占地面積19 227 m2，其中長(zhǎng)420 m，寬50 m；建筑面積42 617 m2，其中地上20 622 m2、地下21 995 m2；地上3層、地下2層，建筑高度17.6 m，筏形基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)。

1.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)

工程基坑長(zhǎng)420 m、寬50 m，呈長(zhǎng)方形，除基坑北側(cè)和基坑南側(cè)西南角小部分開挖至-7.77 m外，其余大部分開挖至-10.17 m，土方開挖量約160 000 m3，基坑等級(jí)為一級(jí)。基坑北側(cè)支護(hù)主要是利用已竣工圍墻的基礎(chǔ)樁，采用樁錨支護(hù)；基坑西、南兩側(cè)采用鋼管樁樁錨支護(hù)；基坑?xùn)|側(cè)采用土釘墻支護(hù)。微型鋼管樁1 005根，預(yù)應(yīng)力錨桿1 000根，土釘墻支護(hù)面積約7 000 m2。

1.2 地質(zhì)條件

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘探、原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)成果分析評(píng)判，某新建工程場(chǎng)地地形較為平坦，地面高程介于44.4 m～46.02 m，屬于沖洪積平原，巖土工程勘察等級(jí)為乙級(jí)。在鉆探深度20 m范圍內(nèi)，除①，②層組為人工堆積層外，其他地層均屬第四紀(jì)沉積地層，地基均勻穩(wěn)定，無不良地質(zhì)作用，屬中等復(fù)雜地基。土層地質(zhì)條件如表1所示。

表1 土層地質(zhì)條件

2 豎向位移監(jiān)測(cè)方法

本工程豎向位移監(jiān)測(cè)及沉降監(jiān)測(cè)采用假設(shè)高程系統(tǒng)，幾何水準(zhǔn)法進(jìn)行觀測(cè)[1]。高程基準(zhǔn)點(diǎn)組成基本水準(zhǔn)網(wǎng)作為豎向位移及沉降監(jiān)測(cè)的高程控制網(wǎng)，并定期進(jìn)行穩(wěn)定性檢測(cè)。

2.1 高程基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)

在基坑施工影響范圍以外的區(qū)域布設(shè)3個(gè)高程基準(zhǔn)點(diǎn)，其中在基坑南側(cè)穩(wěn)定的永久性建筑物及東側(cè)國(guó)家大劇院附屬建(構(gòu))筑物上埋設(shè)2個(gè)墻水準(zhǔn)點(diǎn)，在基坑西側(cè)草坪埋設(shè)1個(gè)混凝土普通水準(zhǔn)標(biāo)石水準(zhǔn)點(diǎn)，作為豎向位移監(jiān)測(cè)及沉降監(jiān)測(cè)的高程基準(zhǔn)點(diǎn)。埋設(shè)方式如圖1，圖2所示。

2.2 高程基準(zhǔn)網(wǎng)檢測(cè)

2.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

分別在基坑土釘墻頂部和護(hù)坡樁頂部間隔20 m左右布設(shè)1個(gè)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)工作隨著基坑施工進(jìn)度不斷推進(jìn)，最終在基坑護(hù)坡樁樁頂共布設(shè)52個(gè)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)依次為P1～P52號(hào)，在基坑邊坡共布設(shè)22個(gè)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)依次為B1，B2，B37～B56號(hào)。

2.4 標(biāo)志埋設(shè)

在地面鉆φ25 mm深100 mm的孔洞，將標(biāo)志涂抹粘合劑后埋入，標(biāo)志周圍之間的縫隙采用水泥砂漿填實(shí)，標(biāo)志外露50 mm。標(biāo)志如圖3所示。

根據(jù)擬定方案，在基坑周邊道路上間隔20 m左右布設(shè)1個(gè)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)布設(shè)50個(gè)點(diǎn)位，點(diǎn)位埋設(shè)在基坑四周的瀝青路面。

觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志埋設(shè)方式如圖4所示。

在基坑鄰近建筑物的四角、中部等位置分別布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。共布設(shè)32個(gè)點(diǎn)位，編號(hào)依次為F1～F22，F(xiàn)4-1，F(xiàn)4-2，F(xiàn)5-1，F(xiàn)7-1，F(xiàn)7-2，F(xiàn)11-1，F(xiàn)14-1，F(xiàn)16-1，F(xiàn)20-1，F(xiàn)21-1號(hào)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)志埋設(shè)方式如圖5所示。

基坑邊坡及護(hù)坡樁樁頂豎向位移監(jiān)測(cè)、基坑周邊道路豎向位移監(jiān)測(cè)、基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)均采用幾何水準(zhǔn)法，使用DL-111C型電子水準(zhǔn)儀按二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量精度施測(cè)，水準(zhǔn)觀測(cè)的視線長(zhǎng)度不大于50 m，前后視距差不大于2 m，前后視距差累計(jì)不大于3 m。觀測(cè)數(shù)據(jù)采用清華山維工程測(cè)量控制網(wǎng)微機(jī)平差系統(tǒng)嚴(yán)密平差計(jì)算，平差后觀測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差均不大于±0.5 mm，滿足規(guī)范要求。

3 水平位移監(jiān)測(cè)方法

基坑邊坡及護(hù)坡樁樁頂水平位移監(jiān)測(cè)采用假設(shè)坐標(biāo)系統(tǒng)，按基準(zhǔn)點(diǎn)、工作點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)三個(gè)層次逐級(jí)布設(shè)，平面基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在基坑影響區(qū)域以外的穩(wěn)定處，作為位移監(jiān)測(cè)工作的基準(zhǔn)點(diǎn)。工作點(diǎn)埋設(shè)在基坑周邊相對(duì)穩(wěn)定且便于觀測(cè)處[2，3]。根據(jù)該基坑水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，精度要求高，觀測(cè)頻率密集的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集使用了測(cè)量機(jī)器人技術(shù)，確保觀測(cè)精度和觀測(cè)成果及時(shí)提交。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用強(qiáng)制對(duì)中方式以提高觀測(cè)精度。在工作點(diǎn)架設(shè)測(cè)量機(jī)器人TCA2003，通過觀測(cè)工作點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的距離來校正工作點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)采用極坐標(biāo)方法對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

由于受現(xiàn)場(chǎng)通視條件限制，本次水平位移監(jiān)測(cè)在基坑周邊相對(duì)穩(wěn)定處埋設(shè)8個(gè)工作點(diǎn)。工作點(diǎn)標(biāo)石采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土普通標(biāo)石，標(biāo)心刻有0.1 mm粗的“十”字絲或嵌有直徑1 mm的銅絲。埋設(shè)規(guī)格如圖6所示。

在基坑回彈和受壓力影響區(qū)域以外穩(wěn)定的建筑物上，選擇與工作點(diǎn)通視的地方粘貼規(guī)格60 mm×60 mm徠卡反射片作為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，共設(shè)13個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)，標(biāo)志規(guī)格如圖7所示。監(jiān)測(cè)過程中，1個(gè)工作點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)2個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)，工作點(diǎn)與2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)連線的夾角近于90°，每次觀測(cè)前采用精密測(cè)距方法對(duì)工作點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量修正，從而避免所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)因工作點(diǎn)變化而受到影響。

在監(jiān)測(cè)實(shí)施期間，定期對(duì)平面基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以便核檢平面基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。觀測(cè)期間共核檢6次，核檢結(jié)果表明，在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間平面基準(zhǔn)點(diǎn)是穩(wěn)定的。

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

采用高爐冶煉紅土鎳礦則對(duì)渣型要求較高，由于紅土鎳礦主要成分為低鐵、低鈣，高鎂高硅的特殊性，特別是MgO含量較高而CaO含量較低，造渣制度難以參照現(xiàn)代高爐煉鐵工藝的造渣制度，否則渣量將過大，能耗將非常高，同時(shí)改變了高爐內(nèi)部熔融態(tài)渣和鐵水的體積比，造成渣層過厚，熱量難以傳到爐缸下部，引起液態(tài)鎳鐵溫度低不易流出。因此根據(jù)渣型特點(diǎn)，很好解釋了為何高爐僅能適應(yīng)高鐵低鎂類型紅土鎳礦。對(duì)高爐來講，其液態(tài)渣一旦落入熔池便無法還原，同時(shí)意味著Fe/Ni值無法調(diào)整，而采用側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉工藝處理紅土鎳礦則不會(huì)出現(xiàn)該問題。

基坑邊坡及護(hù)坡樁樁頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方式與豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)方式一致(水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位標(biāo)志共用)。

3.2 監(jiān)測(cè)方法

水平位移觀測(cè)采用TCA2003自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，分別對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行距離觀測(cè)10測(cè)回，監(jiān)測(cè)點(diǎn)角度、距離觀測(cè)2測(cè)回，其中方向1測(cè)回內(nèi)2C互差不大于5″，同一方向值各測(cè)回互差不大于3″，距離1測(cè)回讀數(shù)間較差不大于1 mm，單程測(cè)回間較差不大于1.4 mm。觀測(cè)數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求。

觀測(cè)數(shù)據(jù)檢查無誤后，采用Excel軟件及清華山維工程測(cè)量控制網(wǎng)微機(jī)平差系統(tǒng)計(jì)算，求出位移分量和累計(jì)位移分量。

3.3 觀測(cè)精度分析

水平位移觀測(cè)時(shí)，首先進(jìn)行測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)修正，鑒于測(cè)站點(diǎn)距離基坑還有一定距離，基坑只對(duì)垂直于基坑方向有影響，因此對(duì)測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)修正只需修正垂直于基坑邊的坐標(biāo)分量，平行于基坑邊的坐標(biāo)分量不作修正[4，5]。

測(cè)站點(diǎn)誤差為：

(1)

式中：mxg，myg——測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)的分量誤差；

mxg——垂直于基坑邊的分量誤差。

觀測(cè)點(diǎn)精度估算如下：

觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)采用測(cè)回法2測(cè)回測(cè)角，重復(fù)精測(cè)法測(cè)距4次，其坐標(biāo)計(jì)算公式為：

(2)

根據(jù)誤差傳播定律可得：

(3)

(4)

mxi=±0.45 mm,

myi=±1.07 mm。

則，最弱點(diǎn)點(diǎn)位估算中誤差：

因此，本工程中水平位移監(jiān)測(cè)精度能夠滿足基坑支護(hù)工程變形觀測(cè)精度要求。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)北京地區(qū)某新建工程在基坑開挖過程中出現(xiàn)的支護(hù)體系設(shè)計(jì)變更、道路開裂下沉、南側(cè)房屋裂縫等情況，運(yùn)用多種監(jiān)測(cè)手段和理論分析方法對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響進(jìn)行了研究和分析，得出以下結(jié)論：

基坑開挖會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定的影響，臨近建(構(gòu))筑物會(huì)產(chǎn)生一定的位移和變形，如果設(shè)計(jì)和施工方案欠佳、施工組織不科學(xué)、發(fā)現(xiàn)問題不及時(shí)、應(yīng)急措施跟不上，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻沉降時(shí)，不僅危及到工程本身的安全，而且還會(huì)對(duì)周邊居民的生命和財(cái)產(chǎn)造成損失。

通過對(duì)基坑工程中樁頂位移、邊坡位移、建筑物沉降、道路沉降研究與分析，對(duì)地下水控制不當(dāng)是造成工程出現(xiàn)問題的直接原因。在基坑工程中加強(qiáng)對(duì)支護(hù)體系的論證，做好對(duì)地下水的控制，并對(duì)沉降進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，及時(shí)處理過度沉降問題，是做好基坑工程安全施工的關(guān)鍵。

運(yùn)用常用的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析方法對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響起到了預(yù)測(cè)預(yù)警作用，在基坑工程中采用合適的監(jiān)測(cè)和分析方法有利于加強(qiáng)對(duì)基坑周邊環(huán)境的預(yù)判和控制。

[1] 張 洪，易發(fā)成.基坑支護(hù)形式及支護(hù)技術(shù)發(fā)展分析與研究[J].山西建筑，2010,36(31):75-77.

[2] 寇 剛，姚連璧．基坑水平位移監(jiān)測(cè)方法的探討[J].地礦測(cè)繪，2002,18(4):13-15.

[3] 林澤耿.自由設(shè)站法監(jiān)測(cè)基坑水平位移[J].廣州建筑，2003(2):36-38．

[4] 熊春寶，潘延玲，岳樹信．基坑水平位移監(jiān)測(cè)的方法比較與精度分析[J].城市勘察，1996(4):15-22.

[5] 吳華平．基坑變形監(jiān)測(cè)方法及誤差分析[J].建筑安全，2008(9):33-35.

On displacement monitoring analysis of a engineering foundation pit in Beijing

Liu Weidong Zhao Liya

(ExplosionDetonationDisasterPreventionandMitigationKeyLaboratory,DefenseEngineeringCollege,ThePLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Combining with the foundation pit support structure and geological conditions of a engineering in Beijing, from the monitoring point layout, test point laying, monitoring method, data analysis and other aspects, this paper introduced the design method of foundation pit deformation monitoring system, and analyzed the observation error, pointed out that precision meet the requirements of foundation pit monitoring, had reference value for future similar safety monitoring of foundation pit engineering.

deep foundation pit, displacement monitoring, elevation datum point, monitoring point

1009-6825(2016)13-0072-04

2016-02-28

劉偉東(1968- )，男，在讀碩士； 趙麗雅(1992- )，女，在讀碩士

TU196.4

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