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深基坑变形监测与结果分析

摘要

随着经济的飞速发展，高层和大型建筑物越来越多，建筑物基坑开挖的深度和规模也越来越大，基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑的开挖与支护变得愈加重要。

为保证深基坑安全开挖，并且做到及时指导正确的施工，必须对基坑工程进行监测。

本文通过对兰州西津西路下立交基坑的监测分析，了解深基坑变形监测的重要性及具体实施方案。

监测内容主要以灌注桩桩顶沉降、水平位移和竖向位移、地面沉降、土体测斜及支撑轴力为主。

监测结果需向设计单位、施工单位、建设单位、监理单位等各参与单位反馈，以便及时发现问题并改进施工方案。

关键词：

深基坑，沉降，支撑轴力，监测报警值

第一章引言

基坑工程是建筑工程施工的一项重要组成部分，其内容包括为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，包括勘察、设计、施工、监测和检测等。

据统计，由于设计不严谨、施工不规范等原因造成的基坑坍塌在工程事故中占有很大比例。

因此，确保基坑工程合理施工，杜绝类似事故发生，除了确保勘察、设计、施工等阶段符合要求外，进行及时准确的基坑监测也尤为必要。

基坑工程监测是指基坑在开挖过程中，用精密仪器、设备对支护结构、周边环境，例如岩体、建筑物、道路、地下设施等的位移、倾斜、沉降、应力、开裂、基底隆起、土层孔隙水压力以及地下水位的动态变化等进行综合监测。

基坑开挖前应进行支护结构完整性检测，并断定缺陷的位置。

国家规范中明确规定：

“开挖深度超过5m、或开挖深度未超过5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程均应实施基坑工程监测。

”任何一起基坑工程事故，无一例外的与监测不力、不准确、不及时有直接关系。

实时监测基坑开挖过程中坑内桩、土体、地下水位等内容及基坑周边建筑物的沉降、位移变形，将变化情况反馈给设计部门，用新的监测资料与原设计采用值进行对比，判断现有设计和施工方案的合理性和必要性，并对原设计和施工方案进行必要的调整，是实施基坑监测的意义所在。

本次工程以兰州市西津西路下立交基坑为监测对象，该项目为二级基坑，根据国家规范，需监测的内容包括围护墙顶部水平和竖向位移、深层水平位移、地下水位、周边地表和建筑竖向位移、、周边建筑和地表裂缝和周边管线变形几个方面。

鉴于该工程实际工况与设计方要求，监测的重心为灌注桩桩顶沉降和位移、地表沉降、土体测斜及支撑轴力等项目。

基坑现场情况复杂，监测部门需从基坑开挖伊始便进入场地了解具体工况，尽快完成布置观测点、在支撑梁上贴好应变片等前期准备工作，并尽早开始观测得出数据，以便与未开挖时期的数据进行比较，得出变化趋势图等内容，方便设计方和施工方及时作出调整和改进。

第二章工程概况

2.1项目区位及设计范围

西津西路下立交位于兰州七里河地区，西津西路是紧邻兰州西客站北广场北侧的一条重要的城市主干道，下立交位于西津西路道路下，地铁2号线以上，地道西侧穿过规划纵3路后设置洞口，东侧穿过规划纵10路后设置洞口，设计范围为桩号KO+240（西接地点）至KI+890（东接地点），包括范围内的西津西路人行地道及位于北广场的西津西路下立交附属用房，不包括两端接线道路工程（该部分在道路设计中体现）。

2.2项目规模

下立交全长1650m，其中暗埋段长度为1261m，东侧敞开段长度为159m，西侧敞开段长度为230m，其中：

下立交主体隧道宽度为20.1m，面积为33165m2。

附属用房包括：

（1）紧邻下立交隧道主体宽度为5.6m,总面积为762m2，

（2）位于北广场的部分，总面积为555m2。

地下人行道总面积为1063m2，分为两条：

长59m，宽9m。

下立交采用双孔设计，每孔内同向两车道，每车道宽3.5m。

本次设计地道内最大纵坡为3%，最小纵坡0.3%，最大坡长1070m,最小坡长160m.

图2.1兰州西客站配套二期西津西路下立交工程

第三章监测方案

3.1方案编制原则

（1）服从建设单位和设计单位及施工单位对本工程的总体工作安排和质量要求。

（2）根据本工程周边环境特点，在广泛收集各类资料，现场调查踏勘和分析资料的基础上，紧密结合施工过程，采用先进的设备，科学有效的手段进行监测，确保取得准确的监测数据。

（3）针对不同监测对象科学合理监测，不影响工程施工，不对被监测对象产生不利影响。

主次分明，重点突出，充分满足工程设计和施工需要。

（4）及时分析汇总监测数据并将监测信息及时反馈给工程各方，切实达到信息化施工的目的。

3.2监测依据

（1）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497—2009）；

（2）《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）；

（3）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；

（4）《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》（JGJ167-2009）;

（5）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；

（6）《CJJT73-2010卫星定位城市测量技术规范》；

（7）《全球定位系统GPS测量规范》（GBT18314-2009）

3.3监测项目

根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497—2009）及设计的要求，本次监测采用仪器监测和巡视检查相结合的方法，需监测的项目包括：

3.3.1基坑支护垂直和水平位移监测

（1）监测点的竖向位移测量

基坑支护竖向位移测量采用精密水准仪，按国家二级水准要求观测。

以附合或闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准控制点为基准，测算出各监测点标高。

同一测点相邻两次标高差即为本次该测点沉降量，第一次沉降量累加至当次本次沉降量即为该测点累计沉降量。

计算公式如下：

dhi=hi-hi-1

Dh=∑（dh1+dh2+···+dhi）

式中：

dhi——本次沉降量

hi——本次标高

hi-1——上次标高

Dh——本次累计沉降量

表3.1闭合测回沉降数据处理

点号

高程

后视

前视

高差

修正数

修正后高差

项目部

1535.3745

1.66378

1535.8544

1.11895

1.18388

0.47990

-0.00001

0.47989

1535.8926

1.14445

1.08077

0.03818

0.00000

0.03818

C40

1535.7980

1.18045

1.23907

-0.09462

0.00000

-0.09462

C41

1535.8111

1.12878

1.16726

0.01319

0.00000

0.01319

C42

1535.7848

1.12000

1.15510

-0.02632

0.00000

-0.02632

C43

1535.7853

1.14376

1.11957

0.00043

0.00000

0.00043

C44

1535.7746

1.03054

1.15446

-0.01070

0.00000

-0.01070

C57

1535.8068

0.94010

0.99831

0.03223

0.00000

0.03223

C58

1535.7825

1.01264

0.96439

-0.02429

0.00000

-0.02429

C59

1535.8012

1.00273

0.99390

0.01874

0.00000

0.01874

C60

1535.8011

1.05019

1.00283

-0.00010

0.00000

-0.00010

C61

1535.8001

1.23636

1.05123

-0.00104

0.00000

-0.00104

1535.8920

1.06785

1.14445

0.09191

0.00000

0.09191

1535.8540

1.20713

1.10585

-0.03800

0.00000

-0.03800

项目部

1535.3745

1.68662

-0.47949

-0.00001

-0.47950

∑

0.00002

-0.00002

每次测量都构成一个闭合测绘，用每站的后视值减去前视值得高差，所有高差之和的相反数即为修正数，将修正数分配给高差后再与原点高程累加得到各点高程。

（2）监测点的水平位移测量

基坑支护水平位移测量采用HUACEX93GNSSGPS接收机按照快速静态测量方式进行，将两台GPS接收机架设于两个已知平面控制点上，另一台GPS接收机测量每个基坑支护墙水平位移监测点，GPS接收机快速静态数据采集时段为7min，并利用GPS测量记录手薄详细记录各项信息，已备后期数据解算。

后期数据解算，利用COMPASS软件进行，设置采样间隔10秒，高度角15°，有效观测基线时常大于5min。

参考基线残差图，剔除残差较大观测数据，满足ratio值大于3.0。

当采用HUACEX93GNSSGPS接收机按照快速静态测量方式无法进行水平位移测量时，采用SET230R全站仪按测边角法对基坑变形点观测水平角与水平距离，然后计算坐标。

角度测量按下表规定执行。

表3.2方向观测限差（˝）

两次照准目标读数差

半测回归零差

一测回内2C互差

同一方向值各测回互差

6˝

8˝

13˝

8˝

监测所用SET230R全站仪和N2水准仪应经过测绘质检部门的检定，采用相同的观测方法和观测路线，固定观测人员。

3.3.2灌注桩土体测斜

测斜管的埋设：

①定位→②将测斜管绑扎在连续墙钢筋笼的主筋上，并封死管底→③校准测斜管方位→④下钢筋笼→⑤浇注混凝土→

管口用200×200×100铁盒保护→

测读初始值。

校准测斜管方位时，测斜管内的十字槽的一边应垂直压顶梁。

3.3.3邻近建、构筑物沉降监测

邻近建、构筑物沉降监测测量按照“基坑支护垂直和水平位移监测测量”的测量方法进行。

相关规范规定，基坑边缘以外1~3倍基坑开挖深度范围内需要保护的周边环境均应作为监测对象。

而该基坑工程施工时两侧道路仍在通车，故以实际情况为准，对沉降监测范围进行了适当缩小。

3.3.4立柱的变形监测

（1）标点埋设：

在设计位置使用电锤埋设一测量标点。

（2）仪器：

采用TOPCONAT-G2水准仪。

（3）测量：

按三等水准要求测量。

3.3.5支撑轴力监测

（1）测量原理：

通过设置在仪器内部的振弦，感知仪器轴向应变，通过其自身频率的变化反映出来的，他们之间的差别主要就是在于安装及费用方面。

（2）观测方法：

使用FX-180型多功能读数仪进行测量，一般情况下轴力计的电缆线分为红色和黑色，先打开读数仪，将仪器模式切切换到F模式下，测量时将读数仪的鳄鱼夹红色的夹子夹到轴力计红色的电缆线上，黑色的夹子夹到黑色的电缆线上，读取读数仪显示屏上F值并做好记录。

（3）计算方法：

将现场记录的数据检查时间、观测员、记录员是否准确、清晰。

在将检查合格的数据输入电脑，计算出刚支撑的受力p，计算公式如下：

P=K（fi2-f02）

式中：

P——应力（单位KN）；

f0——初始频率；

fi——本次频率；

K——标定系数；

将计算出的受力整理成表、画出曲线图。

做好分析报告，上报有关单位。

（4）报警应急措施：

支撑轴力计是随基坑开挖围护结构变形或位移直接影响支撑受力的。

当支撑受力达到报警时，分析报警的原因及因素，做好书面报告。

及时通知各有关单位，特别是施工单位，采取相应措施，以保证基坑的安全性和稳定性。

（5）注意事项：

装有轴力计的基坑一般为深基坑，在观测时必须做好安全三宝（安全帽、安全绳、安全网），雨天观测注意仪器的保护，监测使用的仪器都是电子仪器，雷雨天最好别进行观测，以防雷击。

3.3.6巡视检查

基坑工程施工和使用期内，由专人进行巡视检查。

巡视检查如发现异常和危险情况，必须及时通知建设方及其他相关单位。

巡视检查内容包括：

（1）支护结构：

支护结构成型质量；

冠梁、围懔、支撑有无裂缝出现；

支撑、立柱有无较大变形；

止水帷幕有无开裂、渗漏；

墙后土体有无裂缝、沉陷及滑移；

基坑有无涌土、流沙、管涌。

（2）周边环境：

周边管道有无破损、泄露情况；

周边建筑有无新增裂缝出现；

周边道路（路面）有无裂缝、沉陷；

邻近基坑及建筑的施工变化情况。

（3）监测设施：

基准点、监测点完好状况；

监测元件的完好及保护情况；

有无影响观测工作的障碍物。

3.4监测点平面布置

为保证监测数据的精度，布设统一监测控制网，监测工作布点采用由整体到局部的原则。

（1）监测控制网的布设

监测控制网主要为基坑变形、周边建筑沉降等方面的监测提供监测基准点。

监测控制网分两部分：

平面控制网：

为各水平位移监测项目提供平面控制基准。

为使测距、测角误差在横、纵坐标上均匀分布，平面控制网网形为闭合导线网，坐标起算点为施工用平面控制起算点。

点位设在稳定、安全的地方，通常在地面埋设测量标志点，顶上刻划“+”字。

水准控制网：

为各竖向位移监测项目（即沉降监测）提供高程控制基准。

平面控制网和水准控制网布设3个控制点，平面控制网点与水准控制网点重合，编号为BM1～BM3，控制区域为整个监测区。

水准控制网建立闭合环与施工高程控制点联测。

根据工程实际情况，在基坑周围设立水准控制点三个，分别位于项目部、正东门和生活区，由已知的国家基准点引测出各点绝对高程。

沉降测量时以项目部控制点为原点，采用闭合水准路线减小误差。

（2）基坑监测基准点的布置

监测基准点主要用于安放全站仪以达到观测其他变形监测点的目的，需布置在基坑外部尽量不受开挖影响且视野通透性良好的部位。

根据该基坑现场及周边的实际情况，在东正门入口及南侧道路旁居民楼顶各布设一个基准点，考虑到可视性的要求，监测时以楼顶基准点为主。

埋设：

与施工方协调制作一个1m高、截面200×200的混凝土墩柱，四角各布置一根钢筋并深入地下500mm，混凝土凝固前在墩顶埋入标准基准点，高出约100mm，待凝固完全便可放置全站仪进行观测。

（3）灌注桩顶沉降观测点的布置

根据设计要求，需在基坑南北两侧灌注桩顶各布置33个观测点，间隔约30m。

埋设：

用冲击钻在设计位置处压顶梁上钻孔后直接植入观测点，用植筋胶加固，要求观测点凸出地面，方便立尺。

同时考虑到后期将在桩顶增设护栏，为防护栏挡住观测点，应尽量在靠近灌注桩边的位置布点。

（4）灌注桩顶位移观测点的布置

根据设计要求，需在基坑南北两侧灌注桩顶各布置33个观测点，间隔约30m，具体位置与沉降观测点相同。

但考虑到棱镜的安放，放弃用沉降观测点，选用有螺纹的钢筋，方便安置棱镜并有减少误差的作用。

埋设：

用冲击钻在设计位置处压顶梁上钻孔后直接植入50cm钢筋，用植筋胶加固，要求钢筋伸出桩顶10cm左右，在钢筋顶部刻划“+”字。

之后每次观测若发现钢筋有松动的情况，需做好记录并及时用植筋胶加固。

（5）支撑轴力观测点的布置

根据设计要求，在每隔约90m的支撑梁侧边粘贴应变片，具体位置以施工图纸为准。

埋设：

在支撑梁一侧靠中的位置布设。

先用砂纸擦拭干净灰尘，贴好应变片，再用焊锡将应变片与红蓝导线焊接牢固，在焊接处用胶密封处理，最后将导线沿梁边延伸出约1m长度，方便以后测量。

（6）地表沉降观测点的布置

根据设计要求，需在基坑两侧每隔90m的路面向两边布置5个点。

实际因基坑两侧道路仍在通车，无法满足要求，协调后改为在南侧布置3个点、北侧布置两个点的方案，相邻点的横向间距为1m。

埋设：

在图纸要求的位置钻孔，放入钢筋加固，在钢筋顶部安放铁套起到保护作用。

测量时掀开套盖立标尺，测量结束后放回盖子。

表3.3基坑围护结构体变形与周边环境监测点布置数量一览表

序号

项目

数量（个）

编号

灌注桩桩顶沉降观测点

C18~C83

灌注桩位移监测点

W18~W83

土体测斜监测点

TX10~TX64

支撑轴力监测点

Z18~Z52

地表沉降监测点

110

DC61~DC170

3.5监测报警值

（1）围护结构（灌注桩）测斜：

与地铁2号线合建段，20mm，2mm/天；其余范围，15mm，2mm/天；

（2）坑外土体测斜：

与地铁2号线合建段，15mm，2mm/天；其余范围，12mm，2mm/天；

（3）围护结构（灌注桩）顶部隆沉与位移：

与地铁2号线合建段，15mm，2mm/天；其余范围，10mm，2mm/天；

（4）坑外地表沉降：

与地铁2号线合建段，20mm，2mm/天；其余范围，15mm，1mm/天；

（5）立柱桩隆沉：

25mm，2mm/天；

（6）坑内外水位变化：

：

750mm，200mm/天；

（7）混凝土支撑轴力：

第一道3000kN。

注：

对于各监测项目的日变化量速率，当其连续两天达到日报警值的情况下应报警。

3.6监测频率

（1）围护结构施工阶段，周边铁路、建筑、道路、管线等设施监测频率应符合各主管部门的要求，且不少于三天一次；

（2）基坑开挖阶段所有测点每天至少一次；

（3）底板浇筑完毕15天后，每两天一次；

（4）拆撑期间每天至少一次；

（5）特殊紧急阶段视情况另定。

3.7其他要求

（1）基坑周边铁路、建筑物、道路、地下管线监测点的布置和要求，应根据各主管部门的要求进行；

（2）未详之处参照相关国家及地方规范执行；

（3）布设于围护结构内的各项监测设备须及时在围护结构施工时安装。

砼支撑轴力监测每个断面至少布置4个应力计；

（4）施工过程中如监测点损坏，应另行布点；

（5）坑外土体测斜管的埋置深度：

灌注桩后的测斜管埋深同桩底埋深；

（6）各类水平位移、沉降观测的基准点应设置在本工程及相邻工程变形影响范围以外的区域，且基准点数量不得少于三个；

（7）基坑实施阶段应对支护结构及周边环境设施进行巡查，现场巡查应注意是否存在以下现象：

支护结构表面开裂或出现影响安全性的损坏，护坡面层、坑边道路及地表开裂或沉陷；

基坑侧壁渗漏水，基坑排水设施不畅；

基坑周边环境设施出现开裂、倾斜、沉陷等危及使用安全的现象；

坑内出现隆起、流土、管涌等现象；

其他与基坑安全或环境设施安全相关的问题；

（8）监测数据、现场巡查结果应及时整理和反馈。

第四章结论

通过监测工作，及时捕捉在施工中发生的细小变化，达到了信息化施工的目的。

本次监测工作的数据真实、可靠，在这次监测工作过程中，取得了大量有用的信息。

（1）通过本次监测及时掌握了，兰州西津西路下立交基坑工程开挖过程的变形情况，达到了监测目的。

（2）本次工程各监测点的变形速率比较小，且变形速率比较稳定，从各测点的变化数据可以看出这点。

（3）本工程目前基坑开挖过程中，对周边环境变形影响较小，未发现异常变化。

（4）本次监测工作方法适当，准确的反映了基坑和周边环境变形情况，所有资料真实准确。

基坑的监测工作，可以根据实时的变形位移数据，分析、预测基坑及周边环境使用过程中的土体位移，采取有效措施，达到保护基坑和周边环境的目的。

（6）本次监测项目经过检查监测资料准确、可靠。

在监测期间所使用的监测仪器均在有效期内，监测工作按监测方案进行。

附录

表1灌注桩顶沉降监测日报表

工程名称：

兰州西站城市配套二期西津西路下立交工程观测时间：

2015年4月29日

点号

竖向位移量/m

本次测试值/m

单次变化/m

累计变化量/m

变化速率/m•d-1

C18

1535.3753

-0.0001

-0.00006

C19

1535.5176

-0.0001

-0.0002

-0.00010

C21

1535.7801

-0.0002

-0.00010

C22

1535.8117

-0.0003

-0.0006

-0.00029

C23

1535.9120

-0.0005

-0.0008

-0.00039

C24

1535.9597

-0.0004

-0.0005

-0.00024

C25

1535.9710

-0.0006

-0.0008

-0.00041

C26

1535.9789

-0.0002

-0.0007

-0.00033

C28

1535.9331

-0.0005

-0.0006

-0.00028

C29

1536.0037

-0.0002

-0.0003

-0.00016

C30

1536.0128

-0.0002

-0.0003

-0.00017

C31

1536.0191

-0.0002

-0.0004

-0.00021

C32

1535.9364

-0.0001

-0.0003

-0.00017

C33

1535.8061

-0.0004

-0.00022

C34

1535.8222

-0.0003

-0.0004

-0.00022

C35

1535.8257

-0.0003

-0.0004

-0.00021

C36

1535.8030

-0.0001

-0.0003

-0.00015

C37

1535.8152

-0.0002

-0.00012

C38

1535.8072

-0.0001

-0.00003

C39

1535.7969

0.0000

0.00002

C40

1535.7979

-0.0001

-0.00005

C41

1535.8110

0.0000

-0.0001

-0.00007

C42

1535.7845

-0.0001

-0.0003

-0.00016

C43

1535.7850

-0.0002

-0.00012

C44

1535.7745

0.0000

-0.00002

C57

1535.8068

0.00001

C58

1535.7825

0.00001

C59

1535.8012

-0.00001

C60

1535.8010

-0.00006

C61

1535.8001

0.00001

C62

1535.7876

-0.00014

C63

1535.7730

-0.00007

C64

1535.7902

-0.00004

C65

1535.8121

-0.00012

C66

1535.8004

-0.00002

C67

1535.8113

-0.00011

C68

1535.8576

-0.00005

C69

1535.9497

0.000

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