黃俊光,羅永健

(廣州市設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510620)

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建筑基坑工程監(jiān)測(cè)問題的探討

黃俊光,羅永健

(廣州市設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510620)

基于工程實(shí)際需要,針對(duì)現(xiàn)行《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇,監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)頻率確定以及監(jiān)測(cè)報(bào)警值設(shè)置進(jìn)行探討,提出可適當(dāng)降低基坑工程監(jiān)測(cè)中土壓力、孔隙水壓力、地下水位及坑底隆起等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的要求,并結(jié)合工程重要性調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置和監(jiān)測(cè)報(bào)警值。

基坑工程;周邊環(huán)境;監(jiān)測(cè)項(xiàng)目;監(jiān)測(cè)頻率;監(jiān)測(cè)報(bào)警值

1 概況

基坑工程監(jiān)測(cè)可以為基坑工程信息化施工及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù),同時(shí)通過監(jiān)測(cè)能及時(shí)反映基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的狀態(tài),是發(fā)展基坑工程設(shè)計(jì)及理論水平的重要推動(dòng)手段。而隨著基坑工程對(duì)安全意識(shí)的日益增強(qiáng),提高和完善監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要性迫在眉睫。而基坑支護(hù)一般作為臨時(shí)措施,在經(jīng)濟(jì)與安全之間取得某一平衡點(diǎn),基坑監(jiān)測(cè)的數(shù)值可起到關(guān)鍵的判定作用。

根據(jù)國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部制定的《危險(xiǎn)性較大的分部、分項(xiàng)工程安全管理辦法》規(guī)定,建筑基坑工程的方案評(píng)審主要包括設(shè)計(jì)方案評(píng)審及施工方案評(píng)審,而基坑監(jiān)測(cè)方案并無專項(xiàng)評(píng)審要求?，F(xiàn)行國(guó)標(biāo)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50497—2009)[1](下文簡(jiǎn)稱《監(jiān)測(cè)規(guī)范》)規(guī)范了建筑基坑工程的監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容,但按監(jiān)測(cè)規(guī)范的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、點(diǎn)數(shù)、頻率及報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置時(shí)基坑監(jiān)測(cè)的工作量和監(jiān)測(cè)費(fèi)均較大。目前,在監(jiān)測(cè)規(guī)范發(fā)布執(zhí)行已超過7 a后,針對(duì)監(jiān)測(cè)規(guī)范某些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)次、警戒值的針對(duì)性和合理性仍頻頻引起各方爭(zhēng)議[2-3]。鑒于此,本文針對(duì)現(xiàn)有《監(jiān)測(cè)規(guī)范》中條文,進(jìn)行了一定的探討,并提出了一些建議。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

《監(jiān)測(cè)規(guī)范》中,監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：墻(坡)頂水平、豎向位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、土體深層水平位移、墻(樁)體內(nèi)力、支撐內(nèi)力、立柱豎向位移、錨桿、土釘拉力、坑底隆起、土壓力、孔隙水壓力、地下水位、土層分層豎向位移、墻厚地表豎向位移、周圍建(構(gòu))筑物傾斜變形、周圍地下管線變形等[1]。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)失效、土體過大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境或主體結(jié)構(gòu)施工安全的影響程度,基坑安全等級(jí)分為三級(jí)。而針對(duì)不同的安全等級(jí),《監(jiān)測(cè)規(guī)范》規(guī)定了不同的應(yīng)測(cè)項(xiàng)目要求。

地下水位變化常常是導(dǎo)致周邊環(huán)境沉降變形的主要因素,但是地下水位升降,常僅作為周邊變形預(yù)警參考指標(biāo),不作基坑報(bào)警參考指標(biāo)。按《監(jiān)測(cè)規(guī)范》表4.2.1,地下水位監(jiān)測(cè)在所有類別的基坑中都定義為應(yīng)測(cè)項(xiàng)目,顯然在對(duì)基坑影響范圍內(nèi)無地下水、無軟弱地層或者地下水位埋深超過基坑開挖底的基坑,設(shè)置為應(yīng)測(cè)項(xiàng)目是不合理的。如表1所示,對(duì)于地下水影響不顯著的一級(jí)基坑建議其地下水位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可不進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)于地下水影響不顯著的二、三級(jí)基坑或者開挖深度不大的基坑,不進(jìn)行對(duì)地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)[3]。

表1 規(guī)范監(jiān)測(cè)項(xiàng)目要求對(duì)比

基坑工程作為一種臨時(shí)性支擋結(jié)構(gòu),在滿足承載力要求的前提下控制變形滿足要求,即變形控制的安全度高于承載力強(qiáng)度控制的安全度。目前對(duì)于巖土體,土體力學(xué)的計(jì)算分析還處在半經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)下,當(dāng)支擋結(jié)構(gòu)上已有監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的條件下,土壓力及孔隙水壓力監(jiān)測(cè)必要性不大。除非在研究性的重大工程中建議土壓力及孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可作為可測(cè)項(xiàng)目,而一般工程建議取消土壓力及孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

坑底回彈不會(huì)導(dǎo)致基坑破壞,基坑相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范也不要求進(jìn)行回彈穩(wěn)定性驗(yàn)算,非研究性基坑的基坑監(jiān)測(cè)建議可對(duì)應(yīng)取消坑底回彈要求。對(duì)于基坑底是硬質(zhì)土或者風(fēng)化巖,坑底隆起則甚少出現(xiàn),坑底隆起破壞主要在基坑底是軟土的基坑中發(fā)生,一般通過圍護(hù)墻嵌固深度控制來滿足基坑隆起的穩(wěn)定性要求,監(jiān)測(cè)規(guī)范中也沒有提出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法和要求,其監(jiān)測(cè)難度大且指標(biāo)意義不大。建議參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120—2012)表8.2.1,取消基坑坑底隆起(回彈)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

減少監(jiān)測(cè)項(xiàng)目即可減少監(jiān)測(cè)的點(diǎn)數(shù),亦減少工作量及監(jiān)測(cè)費(fèi)用,由此建議調(diào)整地下水位、土壓力、孔隙水壓力及坑底隆起(回彈)等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的必要性,建議采用表1要求。

3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

《監(jiān)測(cè)規(guī)范》中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置,建議也可考慮基坑安全等級(jí)的影響,安全等級(jí)越低監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的測(cè)點(diǎn)間距可越大；同一個(gè)基坑當(dāng)四周環(huán)境差異較大時(shí),應(yīng)針對(duì)不同的環(huán)境,設(shè)置不同的基坑安全等級(jí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置在同一個(gè)基坑就可有所側(cè)重。容許根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)值的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì),在位移變化比較大的范圍再動(dòng)態(tài)增設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)變化速率大或需加強(qiáng)保護(hù)環(huán)境范圍進(jìn)一步加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置,可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)值信息化調(diào)整監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。

4 監(jiān)測(cè)頻率

《監(jiān)測(cè)規(guī)范》根據(jù)基坑的設(shè)計(jì)深度、安全等級(jí)、施工進(jìn)程的開挖深度確定了對(duì)應(yīng)測(cè)的項(xiàng)目監(jiān)測(cè)頻率,表2為節(jié)選《監(jiān)測(cè)規(guī)范》表7.0.3中一級(jí)開挖深度的監(jiān)測(cè)頻率。

表2 監(jiān)測(cè)頻率

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,深大基坑普遍存在,按上表較深基坑開挖到一定深度時(shí)的監(jiān)測(cè)頻率較高,所需監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的點(diǎn)次(數(shù)量和頻率的乘積)就非常大,以至產(chǎn)生很大的監(jiān)測(cè)工作量和監(jiān)測(cè)費(fèi)用,使監(jiān)測(cè)頻率的不合理性更突顯出來。目前,實(shí)際基坑的監(jiān)測(cè)中,一般不會(huì)采用類似于表2頻率，從而導(dǎo)致《監(jiān)測(cè)規(guī)范》權(quán)威性受到挑戰(zhàn),給設(shè)計(jì)單位和監(jiān)測(cè)單位帶來困惑,給工程概預(yù)算和安全監(jiān)督管理帶來困難。

基坑支護(hù)為臨時(shí)性支護(hù),安全度相對(duì)較低,監(jiān)測(cè)頻率不能僅僅考慮基坑安全等級(jí)、開挖深度和設(shè)計(jì)深度確定基準(zhǔn)頻率。建議監(jiān)測(cè)頻率還應(yīng)綜合考慮基坑環(huán)境,施工進(jìn)程,暴雨過后,滲漏水后,載荷變化等工況變化。

基于“信息化施工,動(dòng)態(tài)調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率”原則,建議取消《監(jiān)測(cè)規(guī)范》要求的固定頻率表。建議按工況變化設(shè)計(jì)：在工況變化急劇階段,間隔時(shí)間不應(yīng)超過1 d；一般工況變化可1～3 d,其余情況下可延至3～7 d；當(dāng)變形超過報(bào)警值或場(chǎng)地條件變化較大時(shí),應(yīng)加密觀測(cè)至1 d 2次。當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí),則需進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。容許基坑局部范圍工況變化時(shí)僅針對(duì)監(jiān)測(cè)該局部范圍進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

通過上述“把握重點(diǎn),放松次要”,使監(jiān)測(cè)頻率更具針對(duì)性、合理性,也充分體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性。

5 報(bào)警值設(shè)定

《監(jiān)測(cè)規(guī)范》中相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的位移報(bào)警值采用正常使用極限狀態(tài)設(shè)定是合適的,但對(duì)相關(guān)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)警值采用60%～80%的承載能力設(shè)計(jì)值,在日常監(jiān)測(cè)中會(huì)容易引起報(bào)警。當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果接近報(bào)警值時(shí),已需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、巡查；監(jiān)測(cè)結(jié)果達(dá)到報(bào)警值,并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,基坑停工并進(jìn)行專題分析和專家評(píng)估基坑的安全性,必要時(shí)需進(jìn)行加固處理。所以,報(bào)警值須慎重設(shè)置,以達(dá)到保護(hù)周邊環(huán)境和基坑安全的前堤下不影響參建各方工作和基坑施工進(jìn)程。

主要影響支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的土壓力、水壓力和施工堆載均為永久性荷載,當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的監(jiān)測(cè)值等于計(jì)算荷載標(biāo)準(zhǔn)值SGK時(shí),進(jìn)行報(bào)警以引起重視是合適的。設(shè)計(jì)值可作為控制值S,承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值Rk(fk,,……)作為安全度的判別標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值與承載能力設(shè)計(jì)值R(γR,fk,,ak……)的比值確定報(bào)警值。我們根據(jù)基坑安全等級(jí)的重要性系數(shù)γ0=,一級(jí)γ0=1.1,二級(jí)γ0=1.0,三級(jí)γ0=0.9；鋼筋、鋼絞線或者混凝土的材料性能分項(xiàng)系數(shù)γf≥1.4和按國(guó)家基坑規(guī)范的荷載分項(xiàng)系數(shù)γG=1.25。按永久荷載控制的荷載組合簡(jiǎn)化計(jì)算公式：

S=γ0γGSGΚ

按承載能力設(shè)計(jì)值R和極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值Rk的計(jì)算公式：

γfR(γR,fk,,ak……)=Rk(fk,,ak……)

按S≤R設(shè)計(jì)時(shí),取S=R,代入上述相關(guān)符號(hào)數(shù)值,可得到對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)表3：

表3 承載能力安全系數(shù)對(duì)比

基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)工況發(fā)生在基坑施工期間,有臨時(shí)性、短期性的特點(diǎn),可考慮充分發(fā)揮材料性能。由上表可知,安全度按一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)基坑對(duì)應(yīng)極限承載能力標(biāo)準(zhǔn)值的安全系數(shù)分別有1.925、1.75和1.575。按一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)基坑對(duì)應(yīng)承載能力設(shè)計(jì)值的安全系數(shù)分別有1.375、1.25和1.125,結(jié)合考慮一般按S≤R設(shè)計(jì)時(shí),實(shí)際配置的截面尺寸和配筋會(huì)有一定的富余安全度,實(shí)際安全系數(shù)還會(huì)更大些?；颖O(jiān)測(cè)構(gòu)件的內(nèi)力達(dá)到內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值SGK報(bào)警時(shí),一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)基坑對(duì)應(yīng)承載能力設(shè)計(jì)值的1/1.375=73%、1/1.25=80%和1/1.125=89%。

由此,支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)警值較現(xiàn)有規(guī)范平均提高10%,采用70%～90%的承載能力設(shè)計(jì)值作為報(bào)警值安全適用,經(jīng)濟(jì)可行的。

6 結(jié)語

本文針對(duì)現(xiàn)行《監(jiān)測(cè)規(guī)范》對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)頻率取值以及監(jiān)測(cè)報(bào)警值進(jìn)行了一定的技術(shù)討論,并提供了相應(yīng)建議供大家參考。

1) 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),土壓力、孔隙水壓力、地下水位及坑底隆起等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目建議根據(jù)基坑安全等級(jí)進(jìn)行有針對(duì)的設(shè)置。

2) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置建議根據(jù)基坑安全等級(jí)、監(jiān)測(cè)數(shù)值,適當(dāng)調(diào)整監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。

3) 監(jiān)測(cè)頻率考慮基坑環(huán)境,施工進(jìn)程,暴雨過后,滲漏水后,載荷變化等工況變化,加強(qiáng)及降低監(jiān)測(cè)頻率,“把握重點(diǎn),放松次要”,使監(jiān)測(cè)頻率更具有針對(duì)性、合理性。

4) 按支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力設(shè)計(jì)值與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系,在滿足安全度要求時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)警值較現(xiàn)有規(guī)范平均提高10%,以減少不合理的報(bào)警滿足安全適用,充分發(fā)揮材料性能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理。

[1] 建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范：GB 50497—2009[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2009．

[2] 宋建學(xué), 鄭儀, 王原嵩. 基坑變形監(jiān)測(cè)及預(yù)警技術(shù)[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2006, 28(S1): 1 889-1 891．

[3] 李濤. 基坑監(jiān)測(cè)工作有關(guān)問題的思考[J]. 質(zhì)量檢測(cè), 2012, 30(8): 23-25．

[4] 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ 120—2012[S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2012．

[5] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010—2010[S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010．

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Discussion on Monitoring of Building Excavation Engineering

HUANG Junguang, LUO Yongjian

(Guangzhou Design Institute, Guangzhou 510620, China)

Based on the engineering project requirements, the selection of monitoring, the arrangement monitoring-Spot and the determination of monitoring frequency by Technical Code for Monitoring of Building Foundation Pit Engineering are discussed. IT is suggested that the requirements on the monitoring of earth pressure, pore pressure, groundwater level and upheaval in the bottom could be reduced. The monitoring frequencies, setting of monitoring points and monitoring arrangement alarm value could be adjustment according to the importance of the project.

building excavation； surroundings around building excavation； monitoring items; frequency of monitoring；alarming value on monitoring

2016-06-01;

2016-06-15

黃俊光(1978),男,碩士,高級(jí)工程師,從事基坑及邊坡工程設(shè)計(jì)工作。

TU433

B

1008-0112(2016)06-0025-03