南京某地铁工程基坑监测分析
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摘要：基坑开挖会引起土体应力释放，引发周边建筑或管线变形[1]，为保障基坑开挖工期内临近环境设施的稳定性与安全性，需对基坑进行有效密切的监测。结合南京某地铁工程的基坑监测，对围护桩顶水平位移、围护桩深层水平位移、测点竖向位移、支撑轴力及地下水位等进行数据分析，并对相关问题进行探讨，以期对今后类似工程提供参考。
关键词：基坑监测；数据分析；监测方法
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
1工程实例
1.1工程概况
基坑工程起始于葛桥河北侧、金江公路西侧，向东斜穿金江公路，沿道路东侧平行敷设，至地下~高架标段分界里程止。根据工程特点、地质条件、交通组织和环境保护等要求采用全明挖法施工，基坑长度约461m。区间按结构型式分为两段，暗埋段长度约301m，U型槽段长度约160m。区间正线基坑宽12.4～19.9m，深度4.0～13.3m；区间盾构井基坑宽25m，深度14.8～15.2m。部分区段埋深5.6～16.4m，采用围护桩+内支撑支护形式，围护结构采用钻孔灌注桩+止水帷幕，由深到浅设4～1道支撑，砼支撑水平间距8m，钢支撑水平间距4m，该区段基坑等级为一级；另一区段埋深4.0～5.6m，采用土钉墙+放坡开挖钻孔桩，放坡坡率60°，竖向设3～5道土钉，土钉间距1.2×1.2m，该区段基坑等级为二级。该明挖区间地貌单元属于侵蚀堆积岗地，地形有一定起伏变化，场地土层厚度变化较小，局部有坳沟分布。地下水类型主要有孔隙水和裂隙水两类，而区间影响深度范围主要为孔隙水，根据调查，地下水年变化幅度约1.0m左右，常年最高水位接近地表。
1.2监测内容及监测点布设
1.2.1监测内容
根据设计要求，结合城市基坑工程及周边环境特点，该工程监测内容主要有：基坑围护结构、周边地下水位、周边建筑物、周边道路（地表）及地下管线等。其中，基坑围护结构包括：围护桩深层水平位移、围护桩顶水平及竖向位移、坑内外地下水位、坑外土体测斜、支撑轴力、立柱竖向位移；基坑周边环境包括：周边建筑物及周边道路（地表）裂缝监测、周边建筑物及周边道路（地表）竖向位移、周边地下管线竖向位移。
1.2.2监测点布设
本基坑共布设周边建筑沉降点18个、围护桩深层水平位移监测点19个、支撑轴力监测点12个、水位孔16个、围护桩顶竖向及水平位移监测点（共用）37个、周边地表及道路沉降点44个、立柱竖向位移监测点2个。图1为部分监测点布设情况。
图1基坑监测点布设图
2监测数据分析
2.1围护桩顶水平位移分析
2.1.1监测方法
本工程围护桩顶水平位移报警值是累积偏移量20mm，变形速率3mm/d，采用小角法观测，定向直线与基坑边夹角≤30″。如图2所示，以基坑阳角处的监测点Q为例，说明该方法精度满足要求。
图2小角法示意图
如图，监测点位移量，，D为测站点到监测点距离。测量采用LeicaTPS1201+全站仪，测角精度1″，有棱镜测距精度1mm+1.5ppm*D，望远镜放大倍数30，对中精度0.5mm。由于距离对位移量影响较小，这里忽略不计[2]。
2.1.2数据分析
图3位移变化量趋势图
监测数据显示，围护桩顶水平位移监测点Q05、Q06位移量逐渐增大，截至2012.11.17，这两点的累积位移量分别达13.13mm、10.66mm，未超过报警值。
2.2围护桩深层水平位移分析
2.2.1监测方法
本工程使用武汉基深CX-3C型测斜仪进行深层位移监测，测量精度0.01mm/0.5m，分辨率0.02/4秒，系统精度4mm/30m，数字量显示4.5位，记录方式为自动采集，测量范围是0°~±15°与0°~±30°（双轴），观测时从测斜管自下而上每0.5m测读一次直至管口。为提高测量精度，消除仪器零漂移引起的系统误差，逐段正、反方向的倾角各测读一次，然后取其差值的一半计算各段位移量。
2.2.2数据分析
由图4可知，随着基坑开挖，两测斜管累积水平位移逐渐增大，CX02最大值出现在深9.5m处，为9.51mm，CX19最大值出现在深11.0m处，为3.78mm，两个测点累积位移未超过报警值。
图4测斜管CX02、CX19累积位移量趋势图
2.3测点竖向位移分析
2.3.1监测方法
沉降监测使用TrimbleDini12（±0.3mm/km）电子水准仪，采用二等闭合导线水准测量，在远离施工影响范围的稳定区域（3倍以上开挖深度）设置三个基准点，基准点相互定期校测和联测，本工程要求闭合差（或附合差）mm（n为测站数）。
表1二等水准测量主要技术要求
在二等水准测量中，由于水准尺不垂直引起的误差是不可忽略的，所引起的读数误差（L为监测点高度，θ为水准尺倾角），当L=1.5m，θ=1°时，，故进行沉降监测时，应使用撑杆将水准尺立稳、扶直。
2.3.2数据分析
建筑物倾斜指基础倾斜方向两端点沉降差与其距离的比值，当基坑周边建筑平均沉降速度较大或不均匀沉降较大时，一方面应及时通知设计、施工单位，查找原因并采取措施；另一方面应提高监测频率。
图5周边建筑沉降量趋势图
Figure5trendofthesurroundingbuildingssettlement
监测数据显示，2012.9.26基坑各项监测点竖向位移都突然上升约1.5mm，分析原因，可能是由于工作基点下沉所致。通过与附近的基准点联测发现，所用工作基点高程从10.0135m变成10.0116m。及时变更高程，各项监测数据又恢复正常。
图6周边地表沉降量趋势图
Figure6trendofthesurroundinggroundsettlement
2.4支撑轴力及地下水位分析
2.4.1支撑轴力
砼支撑轴力计算公式为：(1)
(2)式(1)、（2）中，A为支撑身截面积；为支撑砼弹性模量；为钢筋砼断面的全部主筋截面积之和；为单根钢筋应力计截面积；为钢筋弹性模量；为砼弹性模量；为主筋钢筋受力。通过埋设在支撑断面上的钢筋应力计所测数据经标定系数计算，可得出断面位置上的主筋受力。
钢支撑轴力计算公式为：（3）
式(3)中，K为传感器标定系数；为传感器在支撑受力前的初始频率；f为轴力计在某一荷载时测得的自振频率。传感器埋设前需检查其无受力状态时频率，当其与出厂标定频率在误差范围内时方可使用。传感器受温度影响较大，每天应在同一时段、温度相近时刻测量。
图7支撑轴力变化趋势图
图7显示，砼支撑ZL1-1、ZL2-1轴力值在2012.10.1及2012.10.6两天均超过报警值，其中，ZL2-1在这两天的轴力值分别为2200.31KN、2058.98KN，超过报警值822.00KN。
图8坑外地下水位变化量趋势图
图8显示，随着基坑开挖，4个水位监测孔累积变化量都已报警，在同一降水区域内，地下水位变化趋势相似，现场巡视发现基坑有轻微渗水现象。
3结语
对于沉降观测，从分析变形过程出发，变形速率比变形绝对值更具有重要意义。如果某次观测，沉降点整体上升，除基坑回弹外，基准点下沉可能性很大，此时应与临近基准点联测，确定所用基准点的下沉量。
参考文献
[1]王绪民，陈进华，李辉.温州某深基坑变形监测与成果分析[J].基础工程设计，2010，（8）.
[2]胡灿，高俊强，潘庆林.基于小角法位移监测公式及最佳设站位置理论证明[J].工程勘察，2007，（3）.
[3]秦长利.城市轨道交通工程变形监测测量精度探讨[J].都市快轨交通，2008，（2）.
[4]孙福元.TrimbleDini12水准仪在基坑监测中的应用及作业方法探讨[J].测绘与空间地理信息，2009，（6）.