李海洋

杭州市建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司 浙江 杭州 310006

前言

隨著城市建設規(guī)模的不斷發(fā)展，近年來基坑工程大量出現(xiàn)，開挖深度與規(guī)模尺寸不斷增大引發(fā)了許多新的問題[1-2]。同時，城市中各類基礎設施密集分布，相鄰建筑、地下管線、公共交通等周邊環(huán)境設施對基坑開挖及施工之后產(chǎn)生的水土壓力變化與土體變形等不利影響需要更為嚴格的限制[3-4]。因此，基坑工程的信息化施工和全過程監(jiān)測顯得尤為重要。

1 工程概況

該基坑位于杭州市嚴家路與新塘路交叉口，地上擬建建筑為3層裙樓與20層主樓，地下設二層地下室?；悠矫嫘螤畲笾鲁示匦?，南北向長134m，東西向?qū)?5m，基坑開挖面積7887m2，設計最大開挖深度約12m。

本工程位于地鐵4號線保護區(qū)內(nèi)，基坑東側(cè)緊鄰地鐵線路和市政主干道，且基坑西側(cè)與南側(cè)有多幢多層住宅，距基坑很近，基坑破壞后果嚴重。

工程場地位于錢塘江沖積平原，地貌形態(tài)單一，場地土層包括粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉砂，工程地質(zhì)條件復雜。

2 基坑支護體系

本基坑圍護結(jié)構(gòu)設計采用鉆孔灌注樁+TRD水泥土攪拌墻作為止水帷幕，設兩道鋼筋砼內(nèi)支撐，坑內(nèi)采用疏干井的支護方案。為了增大與地鐵相鄰側(cè)圍護體的剛度，將基坑東側(cè)圍護樁樁徑由Φ800增加至1000mm，樁長由25m增加至35m，第二道內(nèi)支撐的角撐主撐及對撐調(diào)整至900mm*800mm。土方開挖要求嚴格分層、分段、對稱開挖。

3 基坑監(jiān)測布置及結(jié)果分析

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497- 2009相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)場施工具體情況，本次監(jiān)測布置包括：坡頂水平位移及沉降，深層水平位移，支撐內(nèi)力，立柱沉降，地下水位，周邊建筑物沉降及傾斜，周邊地下管線及道路沉降，周邊地表沉降。本文主要介紹水平位移、豎向位移（沉降）、深層水平位移（測斜）和支撐內(nèi)力監(jiān)測。

3.1 水平位移監(jiān)測

（1）平面控制網(wǎng)布設。平面控制網(wǎng)用于各水平位移監(jiān)測項目平面控制基準，包括基準點與工作基點。平面控制點布設在穩(wěn)定、安全的地方，有條件可采用固定觀測墩；通常在地面埋設鋼釘點，頂上刻畫“+”字。

在選定的水平位移監(jiān)測控制點上安置全站儀，精確整平對中，后視其他水平位移監(jiān)測控制點，測定監(jiān)測點與監(jiān)測基準點之間的角度、距離，計算各監(jiān)測點坐標。觀測時可完成各項限差指標控制，使用控制網(wǎng)平差軟件進行嚴密平差，得出各點坐標。通過各期變形觀測點二維平面坐標值，計算投影至垂直于基坑方向的矢量位移，并根據(jù)各期與初始值比較，計算變形速率、累計變形量等數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)測結(jié)果分析。根據(jù)本項目冠梁水平位移監(jiān)測結(jié)果，隨著基坑開挖的逐步推進，冠梁水平位移逐漸增大，底板澆筑后逐漸穩(wěn)定。

3.2 豎向位移監(jiān)測

（1）水準控制網(wǎng)布設。水準控制網(wǎng)用于各垂直位移監(jiān)測項目（即沉降監(jiān)測）的高程控制基準。建立閉合環(huán)與施工高程控制點，每個月聯(lián)測一次。

（2）豎向位移監(jiān)測方法。基準網(wǎng)觀測按二等垂直位移監(jiān)測網(wǎng)技術(shù)要求，監(jiān)測點觀測按三等垂直位移監(jiān)測網(wǎng)技術(shù)要求。

采用幾何水準觀測。采用閉合水準路線時可以只觀測單程，采用附合水準路線形式必須進行往返觀測，取兩次觀測高差中數(shù)進行平差。觀測順序：往測：后、前、前、后，返測：前、后、后、前。

使用自動安平水準儀DSZ2+FS1測微器及配套塔尺進行觀測，精度為每公里偶然中誤差為0.3mm，使用專用水準網(wǎng)平差軟件進行嚴密平差，得出各點高程值。

（3）監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)熱傳導傅立葉定律，單位時間內(nèi)通過定截面的熱量，正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。較厚部位對電弧加熱部位的冷卻作用最強，接頭溫度下降速度最快，其次是薄壁部位，而細桿的散熱速度最慢。

圖1 立柱沉降曲線圖

立柱豎向位移主要受坑底土體隆起和豎向荷載共同作用，并與地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)特征和施工工況等密切相關(guān)[5]。本項目立柱沉降監(jiān)測結(jié)果見圖1。由圖可知，本項目立柱的豎向位移呈向上回彈，并隨著基坑開挖深度增加而不斷增大，在底板澆筑后回彈量開始減少且逐漸趨向穩(wěn)定。

根據(jù)本項目坡頂沉降監(jiān)測結(jié)果，坡頂沉降隨著基坑開挖的逐步推進，坡頂沉降逐漸增大，底板澆筑后逐漸穩(wěn)定。

3.3 深層水平位移監(jiān)測

（1）測斜管埋設。本工程測斜孔布設在圍護結(jié)構(gòu)外土體中，在緊貼基坑外側(cè)0.5m左右鉆孔埋設含定向刻槽的PVC塑料測斜管，沿基坑周邊共布置13個測斜孔。

測斜管應在基坑開挖前1周埋設完畢，并用測斜儀對同一測斜管作3次重復測量，判明處于穩(wěn)定狀態(tài)后，取算術(shù)平均值作為側(cè)向位移計算的基準值。

（2）深層水平位移監(jiān)測方法。測斜儀由測斜探頭、電纜、測讀面板組成。測斜管為內(nèi)壁有四條對稱導槽的塑料管，作為測斜探頭定向滑動的軌道。將測斜探頭感應方向?qū)蕚?cè)向位移方向的導槽內(nèi)，將測斜探管滑入管底。停置片刻使其穩(wěn)定并測其讀數(shù)。測點間距0.5m，系統(tǒng)誤差±4mm/15m。為消除量測裝置零漂移引起的誤差，每一測段兩個方向的傾角都應進行正、反兩次量測，比較不同測次各測點水平坐標。計算出各測點的水平位移值并繪制成水平位移沿深度分布的曲線圖。

（3）監(jiān)測結(jié)果分析

圖2 深層土體水平位移曲線圖

本項目深層土體水平位移監(jiān)測結(jié)果見圖2。由圖可知，隨基坑開挖的深度逐漸增加，側(cè)向位移逐步增大，所有土體位移方向都朝向坑內(nèi)。對于每個測斜監(jiān)測點，其累計最大水平位移深度的位置隨開挖深度逐步下移，一般出現(xiàn)在開挖面上下2.0m范圍內(nèi)。

開挖期間所有監(jiān)測值都沒超過設計預警值，且基坑東側(cè)臨近地鐵側(cè)土體變形明顯小于西側(cè)。隨底板澆筑后側(cè)向變形逐漸穩(wěn)定。

3.4 支撐內(nèi)力監(jiān)測

（1）鋼筋應力計埋設。監(jiān)測點設置在支撐內(nèi)力較大或在整個支撐系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的桿件上，鋼筋混凝土支撐的監(jiān)測截面宜布置在支撐長度的1/3部位。軸力計采用和鋼筋混凝土支撐內(nèi)主筋相同直徑規(guī)格的鋼筋計，采用數(shù)顯頻率讀數(shù)儀進行讀數(shù)，監(jiān)測精度達到1.0%F·S。

基坑開挖前測量鋼筋應力計的初頻，應測試2次穩(wěn)定值，取平均值作為計算初始值。

（2）支撐內(nèi)力監(jiān)測方法。在砼支撐中，采用鋼筋應力計進行測量支撐內(nèi)力。將鋼筋應力計安裝在鋼筋構(gòu)架的左、右兩個側(cè)面中間的主筋上，每組安裝2只鋼筋應力計，與支撐方向平行。可采用焊接方式安裝，焊接長度應大于10倍的鋼筋直徑。焊接時要求平整、充實，要用濕麻布片或濕毛巾等包裹鋼筋應力計降低溫度，以保護傳感器不受損壞。

鋼筋計預埋時應做好傳感器部分和信號線的防水處理。導線埋設時用塑料軟管保護，并用綁扎線固定在鋼筋上。通過引出導線，用數(shù)顯頻率儀測量鋼筋應力計頻率，根據(jù)相關(guān)關(guān)系，計算支撐內(nèi)力。支撐軸力量測時，同一批支撐盡量在相同的時間或溫度下量測，每次讀數(shù)均應記錄溫度測量結(jié)果。

（3）監(jiān)測結(jié)果分析

圖3 支撐內(nèi)力實測值曲線圖

本項目支撐內(nèi)力監(jiān)測結(jié)果見圖3。由圖可知，每道支撐在該道支撐施工完成到下一次挖土的這段時間內(nèi)增加最快，以后各次挖土軸力增加幅度逐漸減小，底板澆筑后逐漸穩(wěn)定。

由于基坑變形的復雜性，各位置軸力實測值差異較大，支撐在設計時必須留有較大的安全系數(shù)。

4 地鐵隧道自動化監(jiān)測

本基坑處于地鐵4號線保護區(qū)范圍內(nèi)，在地鐵隧道等間距布置15個監(jiān)測斷面，各布設1組隧道水平位移、隧道垂直位移、水平收斂和隧道差異沉降監(jiān)測點。按3次/d的監(jiān)測頻率開展地鐵隧道自動化監(jiān)測，并定期人工復核。

監(jiān)測結(jié)果顯示，各監(jiān)測數(shù)據(jù)均未超過設計監(jiān)測預警值，基坑開挖不影響地鐵隧道的正常安全運營。

5 結(jié)束語

本項目對基坑開挖全過程進行監(jiān)測，及時、準確的反饋基坑的受力與變形信息，為信息化施工與動態(tài)設計提供可靠依據(jù)，保證了基坑始終處于安全、可控的情況。支護結(jié)構(gòu)與周邊土體的變形是不可逆的，在基坑開挖過程中需要嚴格控制開挖土體的暴露時間，及時布設支護結(jié)構(gòu)與基坑回填，有效地將基坑變形控制在安全適用的范圍內(nèi)。