商业建筑深基坑深层土体水平位移监测技术

商业建筑深基坑深层土体水平位移监测技术

劳海平

开平市房地产测绘所广东开平529300

摘要：深基坑深层土体水平位移监测是深基坑开挖施工中的一项关键工作，关系到深基坑工程的安全及质量。本文结合工程实例，介绍了测斜仪的工作原理，并对某商业建筑深基坑深层土体水平位移监测技术进行了详细的介绍，以期能为类似工程提供参考。

关键词：商业建筑；深基坑；深层土体水平位移；监测技术

引言

随着我国城市建设的不断进步，深基坑工程在城市建设中的施工日益增加，其安全问题也越来越受人们重视。而深层土体水平位移监测是深基坑监测中的重要组成部分，在深基坑工程施工中，应力状态的改变引起的深层土体变形，将会造成基坑的失稳，影响到周围环境的安全。因此，做好深基坑深层土体水平位移监测十分重要。

1测斜仪工作原理

通过测斜仪测量测斜管轴线与铅垂线之间的夹角变化量，从而计算出土层各点的水平位移。通常在岩土体钻孔内埋设带导槽的测斜管，当管子受力发生变形时，将测斜探头放入测斜管导槽内，逐段（50cm一个测点）测量变形后测斜管的轴线与垂直线之间夹角，并按测点的分段长度，分别求出不同高程处的水平位移量。

测斜仪的组成与工作原理，见图1。

将测斜仪探头沿测斜管内定向导槽放至管底，从底往上每0.5m测读一次数据，并经计算得到每0.5m的偏斜量；把每次测量值与初始值进行比较，即可得出土体不同深度处的位移量。位移的测量精度为0.1mm/500mm。为尽可能减少仪器误差，需要进行正反两次测量。

2工程概况

2.1工程简介

拟建基坑工程为某大型商业建筑项目。该项目占地面积4.13万m2，总建筑面积19.3万m2，其中地上建筑面积约12.3万m2，地下室建筑面积约7.0万m2；为商业综合体，地上6层，地下2层，采用框架－剪力墙架构。

拟建项目北面距离某建筑20米，层高12层，有1层地下室，基础形式为条形基础、柱下独基、筏板基础；东面与地质环境检测总站仅一墙之隔，基坑边线距围墙约5.0m；基坑南面边线距某市政道路约20.0m，道路地面2.5m以上市政管线、电缆密布；西面距该场地围墙2.0m处地下埋有电缆，该电缆在施工前将进行迁改。

基坑东侧与北侧开挖深度为16.1～19.8m，南侧和西侧开挖深度为10.1～17.8m。场地内的主要地层自上而下分别为：人工堆积杂填土、素填土、黏土、粉质黏土、含卵砾石粉质黏土、含粉质黏土卵砾石、灰岩。

基坑支护结构的安全等级为一级，设计使用期限为两年。根据工程地质及水文条件，基坑支护采取放坡、排桩、旋喷桩止水与锚杆支撑相结合的支护方法。

北段基坑深度约19.8m，上部按1：1放坡，坡高5.0m，坡底设2.5m施工平台；下部采用φ1.4m灌注桩L=29.0m@2.0m，垂直开挖，桩顶上设1.4m×1.0m的冠梁，桩间设φ0.8m高压旋喷桩L=26.6m@2.0m进行隔水挡土，桩间挂钢筋网喷混凝土护坡。

东段基坑深度约10.1～16.1m，垂直开挖采用φ1.2m灌注桩L=36.0m@1.8m，桩顶上设1.2m×0.8m的冠梁，桩间设φ0.8m高压旋喷桩L=32.2m@1.8m进行隔水挡土，桩间挂钢筋网喷混凝土护坡。

东南段及南段基坑深度约10.1m，上部按1：1放坡，坡高1.0m，下部采用φ0.8m灌注桩L=28.7m@1.6m，垂直开挖，桩顶上设0.8m×0.6m的冠梁，桩间设φ1.0m高压旋喷桩L=28.7m@1.6m进行隔水挡土，桩间挂钢筋网喷混凝土护坡。

西段基坑深度约14.8～17.8m，垂直开挖，采用φ1.0m灌注桩L=23.8m@1.6m，桩顶上设1.0m×0.8m的冠梁，桩间设φ0.8m高压旋喷桩L=19.7m@1.6m进行隔水挡土，桩间挂钢筋网喷混凝土护坡。

基坑锚杆采用直径25mm的预钻孔普通钢筋全粘结锚杆，与水平方向倾角为15°。某区段基坑支护剖面，见图2。

离基壁20m范围内为控制开挖区，其余为自由开挖区。自由开挖区土方开挖不受分层限制；控制开挖区必须采取分层分段开挖，每层不超过2.0m，每段不超过30.0m。待支护结构稳定后，再继续开挖下一层。

锚索位置应开挖至锚索下50cm停止，待锚索张拉锁定后才能继续开挖。土方开挖后必须及时施作锚索，并在桩间挂钢筋网喷混凝土进行支护，不得长时间暴露。

基坑土方开挖至坑底后，应立即对基坑坡面进行封闭，减少暴露时间，防止水浸，并及时进行地下结构的施工。

2.2工程地质条件

拟建场地属于侵蚀堆积地貌区坡状堆积平原亚区，低丘陵岗地。拟建场地西北高，东南低，勘察施工期间的地面高程为151.32～163.73m，场地东北角堆填有2.0～3.0m的填土，西南角堆填厚度约1.5m。

主要地层包括：杂填土、素填土、第四系上更新统冲洪积形成的黏土、粉质黏土、含卵砾石粉质黏土及含粉质黏土卵砾石，上泥盆统融县组灰岩（D3r）。

本场地在基岩面上存在软塑黏土及软塑含卵砾石粉质黏土，岩性强度较差，压缩变形较大。其成因与地下水有关，在地下水、岩溶的作用下有进一步发展的可能，形成土洞、地面塌陷等地质灾害，危及建筑物安全。根据勘察，基坑周围有11个钻孔发现溶洞，属岩溶中等发育地段。

2.3水文气象条件

施工地区气候温和，雨量充沛，无霜期长，光照充足，热量丰富，夏长冬短，四季分明，而雨热基本同季。年平均气温为19.3℃。7月份最热，月平均气温为28℃；1月份最冷，月平均气温7.9℃。年平均降雨量1949.5mm。平均蒸发量1490～1905mm。年平均相对湿度73%～79%。

基坑周围地表水为大气降水时形成的暂时地表径流，为地下水补给、径流地带，地下水的类型主要为孔隙潜水和岩溶管道裂隙水。场地的地下水对混凝土具有中等腐蚀性，对钢筋混凝土也具有微腐蚀性。

3深基坑深层土体水平位移监测技术

3.1监测方案

3.1.1测斜管布设

项目中共布设测斜孔14个，其中基坑北侧4个、东侧3个、南侧3个及西侧4个，测斜孔编号为CX1～CX14。

测斜管采用钻孔埋设法，用钻机钻至基坑坑外土体下24～28m，孔径为110mm；下放测斜管至孔底，并注意测斜管的放置方向；测斜管与钻孔间的空隙用导管浇灌水泥砂浆充填。管头高出地面20～30cm，然后设置保护箱盖。

3.1.2监测频率

在基坑开挖期间，每天都会因开挖而产生相应的形变，所以每天进行测斜工作，一直到支护结构完成。而在土体相对稳定后的地下室建设过程中，可以适当减少至每3天一次。

大暴雨期间或出现连续几日相对位移量过大等异常情况时，应及时加大监测频率。该项目测斜的警戒值为32mm，允许值为40mm。

3.2监测结果及分析

通过现场监测得到土体各个深度的相对位移量，经过后期的整理计算绘制出各种变形曲线。对这些曲线进行分析，能从不同角度了解到基坑周围土体在不同时间不同深度所发生的侧向变形情况和发展趋势。部分测点深层水平位移随深度的变化情况，见图3、表1。

由图3、表1可见：基坑侧壁及支护结构最大水平位移达21.95mm，大部分深层水平位移监测点最大水平位移均小于20.00mm。由于不同区段基坑支护设置了3～5排的锚杆或预应力锚索，曲线出现了多个波折点，这样使得曲线（即水平位移）在设置锚杆处发展减慢。

CX4和CX8测斜孔累计水平位移随开挖深度大致呈“两头小、中间大“的变形特征，这种变形在基坑开挖完成后一段时间已经形成，在地下室以及后期基础结构施工过程中受现场环境影响较小。

CX9和CX12测斜孔处于施工运输车辆出口附近，在基坑开挖完成后位移量较小，但在之后的施工过程中受施工环境影响较大，特别是在地下室施工过程中，材料的堆放，车辆的频繁运输造成读数失真。

从表1中亦可发现，部分测斜孔最大位移发生在孔口附近，受外界环境影响较大。因此，仅仅通过水平位移曲线的最终累积量能得到的信息有限，还需要了解单个测斜孔水平位移随时间的变化曲线。

CX9测斜孔深层水平位移在不同时期随深度的变化情况，见图4。

图4中显示，CX9测斜孔水平位移累计值虽未达到警戒值，但在7月4日～7月8日的变化率均超过了2mm/d，必须加大监测频率。

采取每天监测，及时向有关单位进行反馈，并采取相应的处置措施。这段时间内，基坑第一阶段开挖完成后，恰逢遭遇了强降雨的影响，基坑变形较为明显。

7月15日～7月20日，天气转晴后施工方采取了快速回填的方法，保证了水平位移值不再增加。到8月初，由于基坑东侧的地下室结构开始施工、施工材料的不合理堆放、施工车辆的来回运输，尤其是施工地点与东侧建筑仅一墙之隔，基坑的回填土已经不能阻止其水平位移量的增加。东侧建筑物附近出现1道贯穿的裂缝，地表出现明显的错台。通过监测数据同样发现，基坑顶部的土体位移明显变大。施工单位立即设置临时支撑，在坡面及时挂网喷浆，同时在测斜孔顶端设置警示标识，之后几个月的监测中水平位移趋于稳定。

在基坑开挖完成，尤其是支护完成后的地下室建设过程中，应及时跟进监测。该基坑中有几个不同的基础建设，因施工的先后顺序容易造成不均匀沉降。这样得出的深层土体水平位移曲线，与一般滑坡变形监测中得出的“V”型、“D”型、“B”型、“Ｒ”型等具体明显特征的曲线类型相比，显得更为复杂。

笔者认为，深层水平位移曲线图的变化与支护的类型、具体施工工况等有关，特别与支撑（如锚杆、预应力锚索等）的设置有一定的关系。土体深层水平位移在有支撑点处较无支撑点处发展得慢，到后期稳定后会发展成“弓形”或“括弧形”。

4结语

综上所述，深基坑工程监测是贯穿工程施工全过程的一项重要工作，而深层土体水平位移监测是深基坑工程监测的重要内容。在深基坑工程施工中，相关监测人员要做好深层土体水平位移监测工作，确保监测结果的准确性，认真分析监测数据，结合分析结果，采取有效的措施进行处理，从而确保深基坑工程的质量及安全。

参考文献：

[1]合肥膨胀土地区深基坑深层土体位移监测分析[J].蒋晓庆.安徽广播电视大学学报.2015（01）

[2]某基坑深层土体水平位移监测分析[J].诸葛政桦.门窗.2015（04）