建筑工程項目深基坑工程監(jiān)測措施

袁斌

上海永固檢測技術(shù)有限公司 上海 201901

引言

當(dāng)期建筑工程中深基坑變形、沉降問題十分常見，嚴(yán)重影響了建筑結(jié)構(gòu)的安全性。為發(fā)揮深基坑在建筑結(jié)構(gòu)體系中的作用，施工過程中有關(guān)人員需根據(jù)基坑特點及結(jié)構(gòu)要求，合理選擇深基坑施工方案，構(gòu)建合理的支護體系。即使當(dāng)下的深基坑施工技術(shù)越發(fā)成熟，但在深基坑施工中的質(zhì)量與安全問題時有發(fā)生，為減少這些問題，有關(guān)人員需引入現(xiàn)代化監(jiān)測技術(shù)，合理監(jiān)測各項參數(shù)，以判定深基坑性能。未來的建筑工程項目中有關(guān)人員需繼續(xù)研究基坑監(jiān)測的新技術(shù)，以提高監(jiān)測水平。

1 建筑工程項目深基坑工程監(jiān)測的必要性

深基坑施工的風(fēng)險性決定了監(jiān)測的必要性和重要性。不同于地面結(jié)構(gòu)，深基坑處于基底標(biāo)高與平面以下的位置，伴隨著施工作業(yè)的持續(xù)開展，地下地質(zhì)、水文對深基坑的結(jié)構(gòu)擾動較大，無法保障深基坑的結(jié)構(gòu)安全。深基坑工程的區(qū)域性特征顯著，在不同區(qū)域的土層、水文條件各有不同，經(jīng)常面臨相對復(fù)雜、多變的作業(yè)環(huán)境，再加上開挖量大，也增大了基坑結(jié)構(gòu)風(fēng)險。另外，深基坑施工作業(yè)中常常面臨各個方面的不確定性因素，如地下水位急劇上升、土體壓力異常增大，都影響了正常施工。正是由于深基坑施工的這些固有特性，相關(guān)人員必須加強監(jiān)測，應(yīng)用多樣化手段與現(xiàn)代化技術(shù)，以得到更為完整和準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。通過在深基坑工程現(xiàn)場開展施工監(jiān)測，可有效預(yù)防施工作業(yè)風(fēng)險，保障施工安全，達到施工目標(biāo)。結(jié)合大量的工程經(jīng)驗，深基坑監(jiān)測對預(yù)防變形、沉降等具有顯著作用，具體的工作中有關(guān)人員需依據(jù)深基坑特點，合理配備現(xiàn)代化監(jiān)測設(shè)備，并在現(xiàn)場選好監(jiān)測點，在每一測點采集深基坑關(guān)鍵參數(shù)，整合全部的監(jiān)測數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)相對比，在無異常的情況下正常開展后續(xù)的施工任務(wù)，否則，需參考深基坑監(jiān)測結(jié)果，調(diào)整施工方法，以增強深基坑穩(wěn)固性[1]。

2 工程概況

某大型商業(yè)建筑，其地理位置優(yōu)越，位于中心城區(qū)，系原有建筑拆除重建而來。在新建過程中，考慮到對深基坑施工的要求，暴露了原有的基坑基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)擴大了基坑面積，深基坑開挖期間開挖面積高達6010m2，開挖深度為26.8m。相關(guān)人員為保障此深基坑施工作業(yè)的高效開展，進入現(xiàn)場展開了一系列調(diào)研，發(fā)現(xiàn)此工程現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)場分布有不同類型的管線，且這些管線之間存在一定的交叉現(xiàn)象，還分布有其他的市政基礎(chǔ)設(shè)施。在深基坑現(xiàn)場地下水位頻繁變化，嚴(yán)重干擾了深基坑結(jié)構(gòu)，是需要重點監(jiān)測的內(nèi)容。

3 深基坑工程監(jiān)測措施

3.1 樁頂水平位移與沉降監(jiān)測

3.1.1 布設(shè)監(jiān)測點。為通過實時監(jiān)測獲取樁頂水平位移、沉降值，分析這些指標(biāo)是否與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相一致，施工人員可在監(jiān)測沉降值的同時監(jiān)測位移值。根據(jù)深基坑面積及結(jié)構(gòu)特點，在樁頂設(shè)置測點，數(shù)量為22個。為保障監(jiān)測點布置的合理性，以降低監(jiān)測誤差，遵循“視準(zhǔn)線法”布設(shè)測點，精準(zhǔn)控制每一測點的位置[2]?，F(xiàn)場操作中在基坑每一側(cè)邊坡坡頂1～-1m范圍內(nèi)設(shè)置1條視準(zhǔn)線，每一監(jiān)測點均處于這一視準(zhǔn)線上。相鄰測點之間相距10～20m不等，可根據(jù)施工情況合理調(diào)整。

3.1.2 監(jiān)測方法與周期。此次位移與沉降監(jiān)測作業(yè)中，將視準(zhǔn)線、鋼釘間隔距離作為初始數(shù)值，選取經(jīng)緯儀四次正倒鏡讀取數(shù)值的中數(shù)，在現(xiàn)場進行兩次以上的初始值測量?；舆吰滤轿灰浦凳浅跏贾岛蛯嶋H測量值二者間的差值。如基坑開挖深度在2m以內(nèi)，施工人員在現(xiàn)場直接確定測點，并確定初始值。進入深基坑施工作業(yè)以后，監(jiān)測頻次明顯增多，應(yīng)保持1d1次的監(jiān)測頻次。一旦深基坑施工過程中產(chǎn)生了肉眼可見位移現(xiàn)象，或者出現(xiàn)了特殊情況，需縮短前后監(jiān)測的時間間隔，幾小時監(jiān)測一次。當(dāng)現(xiàn)場邊坡處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)下時，3～5d可開展一次監(jiān)測任務(wù)。

3.1.3 位移預(yù)警。綜合本工程項目的規(guī)模及建設(shè)情況，深基坑是一級基坑，坡頂水平位移的預(yù)警值為2‰基坑深度，絕對值為25～30mm，變化速率每日小于2～3mm。樁體深層部位的水平位移監(jiān)測預(yù)警值為（0.6）‰相對基坑深度，絕對值為45～55mm。坡頂沉降監(jiān)測中預(yù)警值為（0.1～0.2）‰基坑深度，絕對值為10～20mm。

3.2 樁身變形監(jiān)測

深基坑工程中樁體能加固結(jié)構(gòu)，改變基坑性能。但結(jié)合樁體施工情況，樁身變形問題時有發(fā)生，影響了結(jié)構(gòu)安全。為提高結(jié)構(gòu)整體性能，施工人員在現(xiàn)場也需按照行業(yè)規(guī)定完成樁身變形監(jiān)測任務(wù)，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值的對比，判定是否存在樁身變形問題，及時采取糾偏措施。在測定樁身變形時，施工人員需配備測斜儀，用該儀器測定樁體深層的水平位移值大小。在前期的準(zhǔn)備階段，施工人員需配備特定規(guī)格的PVC測斜管，將其牢固固定于鋼筋籠上，預(yù)埋測斜管。測斜管埋設(shè)是否遵循了操作規(guī)定，決定著監(jiān)測精度。為此，在埋設(shè)測斜管時必須遵循相應(yīng)的操作規(guī)定：測斜管內(nèi)部需放入2組縱向?qū)Р?，縱向?qū)Р巯嗷テ叫校瑴y斜管在鋼筋籠上應(yīng)牢固，不得松動；預(yù)埋測斜管之前，上下管必須完全對齊，在密封接口部位需進行管口的封閉處理，避免監(jiān)測過程中雜物進入管內(nèi)；測斜管與鋼筋籠應(yīng)配合工作，二者的長度相同，并且測斜管必須要豎向鋪設(shè)。其中1組導(dǎo)槽和預(yù)測量方向應(yīng)當(dāng)相同，并呈平行關(guān)系；在深層水平位移基準(zhǔn)點處于上側(cè)管口部位，每一次按照規(guī)定完成了測斜任務(wù)后，都需要立即測定管口坐標(biāo)值；測斜儀植入測斜管底部的時間達標(biāo)后再正式開始測定相關(guān)數(shù)值，一般此時間段為5～10min，通過控制此時間間隔，能最大程度上減小探頭與管內(nèi)的溫度差異，每一個監(jiān)測方向上正、反各組織一次測量操作；此工程中測斜管總數(shù)為10根，分別布設(shè)在不同的位置[3]。

3.3 支撐軸力、地下水位

對于本深基坑工程，支撐軸力與地下水位均會影響深基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為減小這些影響，有效應(yīng)對基坑變形等問題，施工人員在現(xiàn)場也需按照相應(yīng)的要求做好監(jiān)測工作，監(jiān)測支撐軸力、地下水位的變化趨勢及規(guī)律。在測定支撐軸力時，在混凝土支撐表面的具體位置需規(guī)范安裝應(yīng)變計，在后續(xù)進入施工階段后，由應(yīng)變計自動采集支撐軸力數(shù)據(jù)，并實時存儲。為發(fā)揮應(yīng)變計的功能優(yōu)勢，所選定的應(yīng)變計的各項參數(shù)均應(yīng)達到相應(yīng)的規(guī)定。監(jiān)測過程中為確定初始值，相關(guān)人員在張拉錨索之前采取恰當(dāng)?shù)奶幚泶胧?。進入監(jiān)測狀態(tài)后，有關(guān)人員需密切關(guān)注支撐軸力值的變化趨勢，判定軸力、樁體是否存在異常情況，分析其變形趨勢及規(guī)律，依據(jù)測定結(jié)果分析邊坡穩(wěn)定性是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

在監(jiān)測地下水位的上升、下降，以及其變化對深基坑結(jié)構(gòu)的影響時，企業(yè)需定期安排專人測量降水井水面高度，并在測定的過程中記錄各項數(shù)據(jù)，必要情況下展開一定的數(shù)據(jù)分析。如依據(jù)數(shù)據(jù)判定深基坑現(xiàn)場存在漏水或者透水情況，需及時將問題上報有關(guān)部門，由不同部門就實際問題展開討論，協(xié)商制定解決措施。

3.4 監(jiān)測周邊建筑物與地表沉降

3.4.1 監(jiān)測內(nèi)容及目的。參考行業(yè)規(guī)范，深基坑工程的監(jiān)測中對周邊建筑物及地表沉降的監(jiān)測也十分關(guān)鍵，主要是因為深基坑施工作業(yè)可能影響周邊建筑的穩(wěn)定性，使周邊建筑存在或大或小的地表沉降現(xiàn)象。為預(yù)防這一現(xiàn)象，將沉降控制在正常范圍內(nèi)，在現(xiàn)場需動態(tài)監(jiān)測周邊建筑物的沉降值。具體的監(jiān)測中應(yīng)包含基坑周邊的位移、沉降，根據(jù)測定結(jié)果與設(shè)計值的對比，即可判定基坑狀態(tài)，以及其對周邊建筑的影響，幫助有關(guān)部門嚴(yán)格參照這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，合理調(diào)節(jié)施工參數(shù)與方案。在工程現(xiàn)場，需要監(jiān)測的對象主要包括：樁身傾斜度測量，一共設(shè)置4個監(jiān)測點位；樁頂?shù)奈灰坪统两盗繖z測，控制水平間隔距離在10m左右；地下水位變化情況的檢測，一共設(shè)置4個測量點位；周圍建筑體的沉降情況以及巡視監(jiān)測[4]。

針對地下管線的監(jiān)測，是為了評估深基坑施工中地下管線的安全性。具體的監(jiān)測過程中需獲取周邊土體、水位及保護對象的應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)，與此同時分析工程環(huán)境變化因素的趨勢，綜合分析地下管線的可靠性、安全性。如監(jiān)測過程中存在同時有應(yīng)力及變形異常的地下管線，應(yīng)結(jié)合實際情況做好保護。

3.4.2 監(jiān)測方法。在進行監(jiān)測工作時，所有基準(zhǔn)點都是通過國家一等水準(zhǔn)測量法測得的結(jié)果，這一測量過程中相關(guān)人員需規(guī)范測量步驟，控制偏差。測量沉降點時采用國家二等水準(zhǔn)測量法，高差誤差、相鄰基準(zhǔn)點高差誤差分別在1mm、0.5mm以內(nèi)。

在監(jiān)測水平位移、沉降值時分別應(yīng)利用全站儀、水準(zhǔn)儀與鋼尺來實現(xiàn)，遵循這些儀器與工具的使用標(biāo)準(zhǔn)。

地下管線監(jiān)測時，應(yīng)選擇基坑工程兩側(cè)最靠近工程范圍的地下管線，在其上設(shè)置沉降監(jiān)測點，測點設(shè)置在外形突變位置，相鄰測點之間的距離不可過大，以通過此方式了解地下管線各部位的不均勻沉降情況。測點采用“L”形標(biāo)志，先利用沖擊鉆鉆孔，后埋入標(biāo)志，用水泥做好密封與加固處理。監(jiān)測過程中設(shè)置獨立高程系統(tǒng)，在遠離開挖區(qū)域100m的地方設(shè)置兩組穩(wěn)固水準(zhǔn)點，利用高精度水準(zhǔn)儀按照國家二等水準(zhǔn)測量規(guī)范往返求出四點高差，也就是變形監(jiān)測的高程監(jiān)測點。

3.5 基坑監(jiān)測分析及結(jié)論

3.5.1 立柱豎向位移。立柱豎向位移對支撐軸力的影響較大。為評估立柱豎向位移是否符合施工要求，應(yīng)從市場上配備TFL-S-NMxx系列振弦式混凝土應(yīng)力計，此應(yīng)力計的工作原理及功能決定了其能承受特定的壓力及徑向作用力。為發(fā)揮應(yīng)力計在計量方面的作用，將其牢固焊接在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)位置，并對稱安裝在護坡樁的28m、23m、8m位置，后續(xù)當(dāng)應(yīng)力計采集到相關(guān)的數(shù)據(jù)后，可自動參考行業(yè)規(guī)范展開一系列計算與分析。由于坑底隆起估算與立柱沉降估算相對困難，在分析立柱是否存在豎向位移時，有關(guān)人員需整合前期所得到的測量結(jié)果，并進行一系列分析與計算。根據(jù)工程經(jīng)驗，在基坑開挖作業(yè)之前，降水引發(fā)了局部土體固結(jié)現(xiàn)象，土體存在些微沉降，在此影響下立柱也同步產(chǎn)生了一定的沉降；隨著后續(xù)基坑開挖深度的增大，基坑隆起量進一步增大，引發(fā)了立柱上浮，立柱隆起最大值為15mm。結(jié)合大量經(jīng)驗，立柱因基坑隆起而產(chǎn)生的上浮屬于正常情況，當(dāng)其上浮量在正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，則說明了基坑的安全性。本項目中立柱上浮值處于正常范圍，說明其立柱豎向位移可控，基坑相對安全[5]。

3.5.2 地下水位。依據(jù)現(xiàn)場情況分析，基坑開挖到10.5m時，基坑水位無明顯波動，基坑開挖到承壓水層時，部分降水井的涌水量異常大，開始抽水，水位頻繁變化，此后水位逐步下降，基坑底板局部主體作業(yè)中，地下水位27.77～30.9m反復(fù)震蕩，且穩(wěn)定在這一區(qū)間。綜合整個作業(yè)過程中的地下水水位監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)水位呈非線性變化特點。

3.5.3 基坑頂部水平位移。在基坑開挖作業(yè)的最初階段，基坑頂部的位移異常小，隨著開挖深度的增大，頂部位移呈增大趨勢，但不同測點的位移值各有不同，主要受現(xiàn)場環(huán)境和作業(yè)情況的影響。

4 結(jié)束語

任何建筑工程的深基坑施工作業(yè)中，施工監(jiān)測都是不可忽視的部分，有關(guān)人員需依據(jù)行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，合理設(shè)置測點，確定監(jiān)測任務(wù)及預(yù)警值，以及時發(fā)現(xiàn)深基坑施工問題并進行對應(yīng)的處理。未來隨著技術(shù)的進步，相關(guān)人員需繼續(xù)加大深基坑施工監(jiān)測的技術(shù)創(chuàng)新力度，使自動化監(jiān)測技術(shù)逐步成熟。